Pada 2022, pasaran semikonduktor adalah kira-kira 0.6 trilion USD, dan penganalisis komersial meramalkan bahawa ia akan berganda kepada 1.0-1.3 trilion USD menjelang 2030. Pertumbuhan ketara dalam industri pembuatan semikonduktor boleh dilihat dalam proses litografi. Litografi ialah proses mencorak yang memindahkan reka bentuk rata ke permukaan substrat wafer, mewujudkan struktur kompleks seperti transistor dan saling bersambung. Ini dicapai dengan secara terpilih mendedahkan polimer fotosensitif atau fotoresist kepada cahaya panjang gelombang tertentu melalui proses pelbagai langkah yang kompleks. Kemajuan terkini dalam teknologi litografi telah mencipta kelebihan daya saing dalam pengeluaran semikonduktor termaju, yang membolehkan teknologi canggih seperti kecerdasan buatan (AI), telekomunikasi 5G dan superkomputer. Oleh itu, teknologi semikonduktor canggih memberi kesan kepada keselamatan negara dan kemakmuran ekonomi.

Pada masa ini, proses litografi semikonduktor yang paling maju menggunakan sumber cahaya EUV (Extreme Ultraviolet), terutamanya pada panjang gelombang 13.5nm. Lampu EUV membolehkan pembinaan ciri unit yang lebih kecil dalam semikonduktor. Telah dilaporkan bahawa kos sistem EUVL pada masa ini adalah sekitar 150 juta USD, dan ia pertama kali digunakan oleh ASML pada 2019, yang mengekalkan 100% bahagian pasaran. Setakat ini, ASML telah menghantar tiga model berbeza sistem EUVL, iaitu Twinscan NXE: 3400B/C dan NXE: 3600D. Jumlah penghantaran sistem NXE telah meningkat daripada 31 unit pada suku pertama 2019 kepada 181 unit pada suku terakhir 2022.

Susunan laporan ini adalah seperti berikut. Baki bahagian pengenalan termasuk latar belakang teknikal EUVL, status antarabangsa dan domestik EUVL, dan gambaran keseluruhan program pengukuran R&D oleh NIST dan CHIPS. Bahagian 2 mengandungi perbincangan tentang status teknikal dan keperluan teknologi EUVL dalam mesyuarat kumpulan kerja. Bahagian 3 menggariskan hasil tinjauan dan cadangan untuk langkah ke hadapan yang dibincangkan dalam mesyuarat kumpulan kerja, menyimpulkan laporan.

1.1 Latar Belakang Teknikal Litografi EUV

EUVL ialah langkah kritikal dalam pembuatan cip semikonduktor generasi akan datang. Cahaya EUV dijana oleh plasma suhu tinggi yang dihasilkan daripada timah ketulenan tinggi. Timah pepejal dicairkan dalam instrumen penjana titisan yang secara berterusan menghasilkan lebih 3 juta titisan 27μm seminit dalam ruang vakum. Laser karbon dioksida kuasa purata berdenyut 25kW menyinari setiap titisan timah dengan dua denyutan berturut-turut untuk membentuk dan mengionkan titisan itu. Pada mulanya, kilowatt cahaya EUV dihasilkan, tetapi hanya sebahagian kecil yang menjadi pendedahan litografi disebabkan oleh penyerapan dan kehilangan serakan di sepanjang laluan cahaya. Kuasa keluaran dan kualiti pancaran cahaya 13.5nm disimpulkan melalui pengukuran kamera scintillator tidak langsung. Sistem pemeluwap berbilang lapisan memandu cahaya ke kawasan fotosensitif. Sistem pemeluwap dilindungi daripada serpihan timah oleh aliran berterusan gas hidrogen. Selepas setiap pendedahan, kedudukan tahap cip automatik bagi resolusi cip disahkan ≤0.25nm melalui 20,000 kitaran pemeriksaan dan pelarasan sesaat. Secara keseluruhan, proses ini memerlukan penyelarasan yang tepat di antara banyak sistem kejuruteraan yang berbeza. Rajah 1 menunjukkan gambar komponen EUVL ASML.

1.2 Keadaan Semasa dan Masa Depan Teknologi Litografi EUV

Pertumbuhan dalam pembuatan semikonduktor canggih datang daripada kemudahan pembuatan EUV baharu di Amerika Syarikat, Eropah dan Asia. Seperti yang dinyatakan sebelum ini, satu-satunya syarikat yang kini menghasilkan komponen pengimbas EUVL ialah ASML, yang beribu pejabat di Belanda. ASML menjual komponen pengimbas EUV kepada syarikat seperti Intel, Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) dan Samsung di kemudahan pembuatan semikonduktor mereka. Sistem EUVL bukan sahaja dicipta di Belanda tetapi terdiri daripada banyak modul yang dibangunkan di seluruh dunia, kemudian diangkut ke ibu pejabat ASML di Belanda untuk pemasangan dan pengujian akhir sebelum penghantaran kepada pelanggan.

Dari perspektif AS, penyelidikan, pembangunan dan pembuatan sumber EUV ASML berpangkalan di San Diego, California. Komponen sumber cahaya bagi pemasangan pengimbas EUVL ditunjukkan dalam Rajah 2. Perlu diingatkan bahawa komponen sumber cahaya termasuk bekas sumber yang terletak dalam pemasangan pengimbas EUVL, serta banyak komponen di bawah lantai pembuatan, termasuk metrologi laser, pancaran sistem pengangkutan, dan laser pemacu dan peralatan tambahannya. Operasi sumber yang berpangkalan di San Diego adalah hasil daripada pemerolehan Cymer oleh ASML pada tahun 2012 untuk memajukan teknologi sumber EUV. Tambahan pula, memandangkan kelebihan EUVL dalam pembuatan semikonduktor, kawalan eksport baru-baru ini telah melindungi teknologi ini. Khususnya, pada Oktober 2022, Biro Industri dan Keselamatan (BIS) mengeluarkan peraturan, 87FR62186, yang merangkumi kawalan eksport teknologi, termasuk litografi Ultraviolet Extreme (b.2).

ASML menyatakan bahawa pembangunan masa depan teknologi litografi EUV termasuk meningkatkan apertur berangka (NA) daripada 0.33 kepada 0.55 ("NA tinggi"). NA tinggi boleh digunakan untuk mengurangkan bilangan langkah berbilang mod yang diperlukan oleh 0.33 NA semasa dan menghasilkan resolusi geometri yang lebih halus. Ini selaras dengan Pelan Hala Tuju Antarabangsa IEEE 2022 untuk Peranti dan Sistem (IRDS) yang dikeluarkan secara terbuka, yang memerlukan penskalaan transistor untuk meneruskan ke 0.5nm menjelang 2037. Matlamat platform NA baharu adalah untuk meningkatkan kelajuan keadaan wafer dan zarah, membolehkan penskalaan ciri cip geometri. Sistem NA tinggi dijangka akan dihantar kepada pelanggan pada 2023 dan mencapai pengeluaran penuh menjelang 2025. Pada awal 2023, ASML mengumumkan bahawa mereka telah mencapai dua rekod kuasa EUV baharu, berjalan pada pelepasan 600W EUV sejam, memenuhi NA EXE yang tinggi: 5200 spesifikasi kestabilan dos dan operasi gelung terbuka 700W. Demonstrasi 600W mewakili peningkatan daripada 250W yang dihantar lima tahun lalu sebelum mencapai pembuatan EUV volum tinggi.

Akan bersambung...