W 2022 roku wartość rynku półprzewodników wynosiła około 0.6 biliona dolarów, a analitycy komercyjni przewidują, że do 1.0 roku podwoi się do 1.3-2030 biliona dolarów. Znaczący rozwój branży produkcji półprzewodników widać w procesie litografii. Litografia to proces modelowania, który przenosi płaski projekt na powierzchnię podłoża waflowego, tworząc złożone struktury, takie jak tranzystory i interkonekty. Osiąga się to poprzez selektywne narażanie światłoczułych polimerów lub fotomasek na światło o określonej długości fali w złożonym, wieloetapowym procesie. Najnowsze postępy w technologii litografii stworzyły przewagę konkurencyjną w produkcji najnowocześniejszych półprzewodników, umożliwiając stosowanie zaawansowanych technologii, takich jak sztuczna inteligencja (AI), telekomunikacja 5G i superkomputery. Dlatego zaawansowana technologia półprzewodników ma wpływ na bezpieczeństwo narodowe i dobrobyt gospodarczy.

Obecnie najbardziej zaawansowany proces litografii półprzewodników wykorzystuje źródło światła EUV (ekstremalne ultrafioletowe), szczególnie o długości fali 13.5 nm. Światło EUV pozwala na konstruowanie mniejszych elementów jednostkowych w półprzewodnikach. Zgłoszono, że koszt systemów EUVL wynosi obecnie około 150 mln USD, a firma ASML wdrożyła je po raz pierwszy w 2019 r., utrzymując 100% udziału w rynku. Do tej pory firma ASML dostarczyła trzy różne modele systemów EUVL, a mianowicie Twinscan NXE: 3400B/C i NXE: 3600D. Łączna liczba dostaw systemów NXE wzrosła z 31 sztuk w pierwszym kwartale 2019 r. do 181 sztuk w ostatnim kwartale 2022 r.

Organizacja niniejszego raportu jest następująca. Pozostała część wprowadzenia obejmuje zaplecze techniczne EUVL, międzynarodowy i krajowy status EUVL oraz przegląd programów pomiarowych badań i rozwoju prowadzonych przez NIST i CHIPS. Sekcja 2 zawiera dyskusję na temat stanu technicznego i wymagań technologii EUVL podczas posiedzeń grupy roboczej. W części 3, podsumowującej raport, przedstawiono wyniki ankiety i zalecenia dotyczące dalszych działań omawiane na spotkaniach grupy roboczej.

1.1 Podstawa techniczna litografii EUV

EUVL to kluczowy etap w produkcji układów półprzewodnikowych nowej generacji. Światło EUV jest generowane przez wysokotemperaturową plazmę wytwarzaną z cyny o wysokiej czystości. Stała cyna jest topiona w urządzeniu generującym krople, które w sposób ciągły wytwarza ponad 3 miliony kropel o średnicy 27 μm na minutę w komorze próżniowej. Impulsowy laser na dwutlenek węgla o średniej mocy 25 kW naświetla każdą kroplę cyny dwoma kolejnymi impulsami, odpowiednio ją formując i jonizując. Początkowo wytwarzane jest światło EUV o mocy kilowatów, ale tylko niewielka jego część staje się ekspozycją litograficzną ze względu na straty absorpcji i rozpraszania na drodze światła. Moc wyjściową i jakość wiązki światła o długości fali 13.5 nm określa się na podstawie pośrednich pomiarów kamerą scyntylacyjną. Wielowarstwowy układ kondensora kieruje światło do obszaru światłoczułego. Układ kondensora jest chroniony przed resztkami cyny przez ciągły przepływ wodoru. Po każdym naświetleniu, automatyczne pozycjonowanie układu scalonego, którego rozdzielczość wynosi ≤0.25 nm, jest weryfikowane poprzez 20,000 1 cykli inspekcji i regulacji na sekundę. Ogólnie rzecz biorąc, proces ten wymaga precyzyjnej koordynacji wielu różnych systemów inżynieryjnych. Rysunek XNUMX przedstawia fotografię komponentów EUVL firmy ASML.

1.2 Obecny i przyszły stan technologii litografii EUV

Rozwój zaawansowanej produkcji półprzewodników wynika z nowych zakładów produkcyjnych EUV w Stanach Zjednoczonych, Europie i Azji. Jak wspomniano wcześniej, jedyną firmą produkującą obecnie komponenty skanerów EUVL jest ASML z siedzibą w Holandii. ASML sprzedaje komponenty skanerów EUV firmom takim jak Intel, Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) i Samsung w ich zakładach produkcyjnych półprzewodników. System EUVL nie jest tworzony po prostu w Holandii, ale raczej składa się z wielu modułów opracowanych na całym świecie, a następnie transportowany do siedziby ASML w Holandii w celu końcowego montażu i testów przed dostawą do klientów.

Z perspektywy USA prace badawczo-rozwojowe i produkcja źródła EUV firmy ASML odbywają się w San Diego w Kalifornii. Komponent źródła światła zespołu skanera EUVL pokazano na rysunku 2. Należy zauważyć, że komponent źródła światła obejmuje pojemnik źródła umieszczony w zespole skanera EUVL, a także wiele komponentów pod halą produkcyjną, w tym metrologię laserową, wiązkę systemy transportowe oraz napędy laserów i urządzeń pomocniczych. Działalność źródeł w San Diego jest wynikiem przejęcia firmy Cymer przez ASML w 2012 r. w celu udoskonalenia technologii źródeł EUV. Co więcej, biorąc pod uwagę zalety EUVL w produkcji półprzewodników, kontrole eksportu chroniły ostatnio tę technologię. W szczególności w październiku 2022 r. Biuro Przemysłu i Bezpieczeństwa (BIS) wydało przepis 87FR62186, który obejmuje kontrolę eksportu technologii, w tym litografii w ekstremalnym ultrafiolecie (b.2).

ASML stwierdził, że przyszły rozwój technologii litografii EUV obejmuje zwiększenie apertury numerycznej (NA) z 0.33 do 0.55 („wysoki NA”). Wysokie NA można zastosować w celu zmniejszenia liczby kroków wielomodowych wymaganych przez bieżący NA 0.33 i uzyskania rozdzielczości o lepszej geometrii. Jest to zgodne z publicznie opublikowaną Międzynarodową mapą drogową IEEE dla urządzeń i systemów (IRDS) na 2022 r., która wymaga kontynuowania skalowania tranzystorów do 0.5 nm do 2037 r. Celem nowej platformy NA jest zwiększenie szybkości tworzenia płytek i stanu cząstek, umożliwiając skalowanie geometrycznych cech chipa. Oczekuje się, że systemy o wysokiej zawartości NA zostaną wysłane do klientów w 2023 r., a pełną produkcję osiągną do 2025 r. Na początku 2023 r. firma ASML ogłosiła, że ​​osiągnęła dwa nowe rekordy mocy EUV, pracując przy emisji 600 W EUV na godzinę, spełniając wysoki poziom NA EXE: 5200 specyfikacja stabilności dawki i działanie w pętli otwartej o mocy 700 W. Demonstracja mocy 600 W oznacza wzrost w porównaniu z mocą 250 W dostarczoną pięć lat temu przed osiągnięciem masowej produkcji EUV.

Ciąg dalszy nastąpi...