В 2022 году рынок полупроводников составлял примерно 0.6 триллиона долларов США, и коммерческие аналитики прогнозируют, что к 1.0 году он удвоится до 1.3–2030 триллиона долларов США. Значительный рост индустрии производства полупроводников можно увидеть в процессе литографии. Литография — это процесс нанесения рисунка, который переносит плоский рисунок на поверхность подложки пластины, создавая сложные структуры, такие как транзисторы и межсоединения. Это достигается путем избирательного воздействия на светочувствительные полимеры или фоторезисты света определенной длины волны в рамках сложного многоэтапного процесса. Недавние достижения в технологии литографии создали конкурентное преимущество в производстве передовых полупроводников, что позволило использовать передовые технологии, такие как искусственный интеллект (ИИ), телекоммуникации 5G и суперкомпьютеры. Таким образом, передовые полупроводниковые технологии оказывают влияние на национальную безопасность и экономическое процветание.

В настоящее время в наиболее передовом процессе полупроводниковой литографии используется источник света EUV (экстремальный ультрафиолет), особенно с длиной волны 13.5 нм. EUV-свет позволяет создавать более мелкие элементы внутри полупроводников. Сообщается, что стоимость систем EUVL в настоящее время составляет около 150 миллионов долларов США, и впервые они были развернуты компанией ASML в 2019 году, которая сохраняет 100% долю рынка. На данный момент ASML поставила три разные модели систем EUVL, а именно Twinscan NXE: 3400B/C и NXE: 3600D. Общий объем поставок систем NXE увеличился с 31 единицы в первом квартале 2019 года до 181 единицы в последнем квартале 2022 года.

Структура данного отчета следующая. Оставшаяся часть введения включает техническую основу EUVL, международный и внутренний статус EUVL, а также обзор программ измерения НИОКР NIST и CHIPS. Раздел 2 содержит обсуждение технического состояния и требований технологии EUVL на заседаниях рабочих групп. В разделе 3 излагаются результаты опроса и рекомендации по дальнейшим действиям, которые обсуждались на заседаниях рабочих групп и завершали отчет.

1.1 Техническая основа EUV-литографии

EUVL является критическим этапом в производстве полупроводниковых чипов нового поколения. EUV-свет генерируется высокотемпературной плазмой, созданной из высокочистого олова. Твердое олово плавится в генераторе капель, который непрерывно производит более 3 миллионов капель размером 27 мкм в минуту в вакуумной камере. Импульсный углекислотный лазер средней мощности 25 кВт облучает каждую каплю олова двумя последовательными импульсами, чтобы соответственно сформировать и ионизировать каплю. Первоначально производятся киловатты EUV-света, но только небольшая часть становится литографической экспозицией из-за потерь на поглощение и рассеяние по пути света. Выходная мощность и качество пучка света 13.5 нм определяются с помощью косвенных измерений сцинтилляционной камеры. Многослойная конденсорная система направляет свет в фоточувствительную область. Конденсаторная система защищена от остатков олова непрерывным потоком газообразного водорода. После каждой экспозиции автоматическое позиционирование на уровне кристалла обеспечивает точность разрешения ≤0.25 нм посредством 20,000 1 циклов проверки и настройки в секунду. В целом, этот процесс требует точной координации множества различных инженерных систем. На рисунке XNUMX представлена ​​фотография компонентов EUVL ASML.

1.2 Текущее и будущее состояние технологии EUV-литографии

Рост производства передовых полупроводников обусловлен появлением новых производственных мощностей EUV в США, Европе и Азии. Как упоминалось ранее, единственной компанией, производящей компоненты для сканеров EUVL, является ASML со штаб-квартирой в Нидерландах. ASML продает компоненты EUV-сканеров таким компаниям, как Intel, Тайваньская компания по производству полупроводников (TSMC) и Samsung, на их предприятиях по производству полупроводников. Система EUVL не просто создается в Нидерландах, а состоит из множества модулей, разработанных по всему миру, а затем транспортируемых в штаб-квартиру ASML в Нидерландах для окончательной сборки и тестирования перед доставкой клиентам.

С точки зрения США, исследования, разработки и производство источника EUV ASML базируются в Сан-Диего, Калифорния. Компонент источника света узла сканера EUVL показан на рисунке 2. Следует отметить, что компонент источника света включает в себя контейнер источника, расположенный внутри узла сканера EUVL, а также множество компонентов, находящихся под производственным цехом, включая лазерную метрологию, лучевую транспортные системы, приводные лазеры и вспомогательное оборудование к ним. Производство источников в Сан-Диего является результатом приобретения компанией ASML компании Cymer в 2012 году для развития технологии источников EUV. Кроме того, учитывая преимущества EUVL в производстве полупроводников, экспортный контроль недавно защитил эту технологию. В частности, в октябре 2022 года Бюро промышленности и безопасности (BIS) издало правило 87FR62186, которое включает экспортный контроль технологий, включая литографию с использованием экстремального ультрафиолета (b.2).

ASML заявила, что будущее развитие технологии EUV-литографии включает увеличение числовой апертуры (NA) с 0.33 до 0.55 («высокая апертура»). Высокая числовая апертура может быть использована для уменьшения количества многомодовых шагов, требуемых нынешней числовой апертурой 0.33, и приведет к разрешению более точных геометрических форм. Это соответствует опубликованной в 2022 году Международной дорожной карте устройств и систем IEEE (IRDS), которая требует, чтобы к 0.5 году масштабирование транзисторов продолжалось до 2037 нм. Цель новой платформы NA — повысить скорость обработки состояний пластин и частиц, позволяя масштабирование геометрических характеристик чипа. Ожидается, что системы с высокой числовой апертурой будут отправлены клиентам в 2023 году, а полноценная производственная мощность будет достигнута к 2025 году. В начале 2023 года ASML объявила, что они установили два новых рекорда мощности EUV при излучении EUV 600 Вт в час, что соответствует высокому уровню NA EXE: 5200. характеристики стабильности дозы и работа в разомкнутом контуре мощностью 700 Вт. Демонстрация мощности 600 Вт представляет собой увеличение по сравнению с 250 Вт, представленными пять лет назад, прежде чем было достигнуто крупносерийное производство EUV.

Продолжение следует...