2022 yılında yarı iletken pazarı yaklaşık 0.6 trilyon ABD dolarıydı ve ticari analistler bu rakamın 1.0 yılına kadar ikiye katlanarak 1.3-2030 trilyon ABD dolarına ulaşacağını öngörüyor. Yarı iletken imalat endüstrisindeki önemli büyüme, litografi sürecinde de görülebiliyor. Litografi, düz bir tasarımı bir levha alt katmanının yüzeyine aktararak transistörler ve ara bağlantılar gibi karmaşık yapılar oluşturan bir desen oluşturma işlemidir. Bu, ışığa duyarlı polimerlerin veya fotorezistlerin karmaşık, çok adımlı bir işlem yoluyla belirli dalga boylarındaki ışığa seçici olarak maruz bırakılmasıyla gerçekleştirilir. Litografi teknolojisindeki son gelişmeler, son teknoloji yarı iletkenlerin üretiminde rekabet avantajı yaratarak yapay zeka (AI), 5G telekomünikasyon ve süper bilgi işlem gibi ileri teknolojileri mümkün kıldı. Bu nedenle gelişmiş yarı iletken teknolojisinin ulusal güvenlik ve ekonomik refah üzerinde etkisi vardır.

Şu anda en gelişmiş yarı iletken litografi işleminde, özellikle 13.5 nm dalga boyunda EUV (Ekstrem Ultraviyole) ışık kaynağı kullanılmaktadır. EUV ışığı, yarı iletkenler içerisinde daha küçük ünite özelliklerinin oluşturulmasına olanak tanır. EUVL sistemlerinin maliyetinin şu anda 150 milyon dolar civarında olduğu ve ilk kez 2019 yılında %100 pazar payını koruyan ASML tarafından devreye alındığı belirtildi. ASML şu ana kadar Twinscan NXE: 3400B/C ve NXE: 3600D olmak üzere üç farklı EUVL sistemi modeli piyasaya sürdü. NXE sistemlerinin toplam sevkiyatı 31'un ilk çeyreğindeki 2019 adetten 181'nin son çeyreğinde 2022 adede yükseldi.

Bu raporun organizasyonu aşağıdaki gibidir. Girişin geri kalan kısmı EUVL'nin teknik arka planını, EUVL'nin uluslararası ve yerel durumunu ve NIST ve CHIPS'in Ar-Ge ölçüm programlarına genel bir bakışı içermektedir. Bölüm 2, çalışma grubu toplantılarında EUVL teknolojisinin teknik durumu ve gereksinimlerine ilişkin tartışmayı içermektedir. 3. Bölümde, raporun sonuç kısmında, çalışma grubu toplantılarında tartışılan ileriye yönelik yol önerileri ve anket sonuçları özetlenmektedir.

1.1 EUV Litografinin Teknik Arka Planı

EUVL, yeni nesil yarı iletken yongaların üretiminde kritik bir adımdır. EUV ışığı, yüksek saflıkta kalaydan oluşturulan yüksek sıcaklıklı bir plazma ile üretilir. Katı kalay, vakum odasında dakikada 3 milyondan fazla 27 μm damlacık üreten bir damlacık üretme cihazında eritilir. 25 kW ortalama güçte darbeli bir karbondioksit lazeri, her bir kalay damlacığını sırasıyla oluşturmak ve iyonlaştırmak için iki ardışık darbeyle ışınlar. Başlangıçta kilovatlarca EUV ışığı üretilir, ancak ışık yolu boyunca emilim ve saçılma kayıpları nedeniyle yalnızca küçük bir kısmı litografik pozlamaya dönüşür. 13.5 nm ışığın çıkış gücü ve ışın kalitesi, dolaylı sintilatör-kamera ölçümleriyle belirlenir. Çok katmanlı bir kondansatör sistemi, ışığı ışığa duyarlı alana yönlendirir. Kondansatör sistemi, sürekli bir hidrojen gazı akışıyla kalay kalıntılarından korunur. Her pozlamadan sonra, çipin çözünürlüğünün çip düzeyinde otomatik konumlandırılmasının, saniyede 0.25 denetim ve ayarlama döngüsüyle ≤20,000 nm olduğu doğrulanır. Genel olarak, bu süreç birçok farklı mühendislik sistemi arasında hassas bir koordinasyon gerektirir. Şekil 1, ASML'nin EUVL bileşenlerinin bir fotoğrafını göstermektedir.

1.2 EUV Litografi Teknolojisinin Mevcut ve Gelecekteki Durumu

Gelişmiş yarı iletken üretimindeki büyüme, Amerika Birleşik Devletleri, Avrupa ve Asya'daki yeni EUV üretim tesislerinden kaynaklanmaktadır. Daha önce de belirtildiği gibi, şu anda EUVL tarayıcı bileşenleri üreten tek şirket, merkezi Hollanda'da bulunan ASML'dir. ASML, EUV tarayıcı bileşenlerini Intel, Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) ve Samsung gibi şirketlerin yarı iletken üretim tesislerinde satmaktadır. EUVL sistemi yalnızca Hollanda'da oluşturulmaz, küresel olarak geliştirilen birçok modülden oluşur ve müşterilere teslim edilmeden önce son montaj ve test için ASML'nin Hollanda'daki genel merkezine nakledilir.

ABD açısından bakıldığında, ASML'nin EUV kaynağının araştırma, geliştirme ve üretimi San Diego, Kaliforniya'da bulunmaktadır. EUVL tarayıcı düzeneğinin ışık kaynağı bileşeni Şekil 2'de gösterilmektedir. Işık kaynağı bileşeninin, EUVL tarayıcı düzeneği içinde yer alan kaynak kabının yanı sıra lazer metroloji, ışın dahil olmak üzere üretim zemininin altındaki birçok bileşeni içerdiğine dikkat edilmelidir. taşıma sistemleri ve tahrik lazerleri ve bunların yardımcı ekipmanları. San Diego merkezli kaynak operasyonu, EUV kaynak teknolojisini geliştirmek amacıyla ASML'nin 2012 yılında Cymer'i satın almasının bir sonucudur. Ayrıca EUVL'nin yarı iletken üretimindeki avantajları göz önüne alındığında, ihracat kontrolleri yakın zamanda bu teknolojiyi korumuştur. Özellikle Ekim 2022'de Sanayi ve Güvenlik Bürosu (BIS), Aşırı Ultraviyole litografi (b.87) dahil olmak üzere teknolojinin ihracat kontrolünü içeren 62186FR2 numaralı bir kural yayınladı.

ASML, EUV litografi teknolojisinin gelecekteki gelişiminin sayısal açıklığın (NA) 0.33'ten 0.55'e ("yüksek NA") yükseltilmesini içerdiğini belirtti. Yüksek NA, mevcut 0.33 NA'nın gerektirdiği çok modlu adım sayısını azaltmak ve daha ince geometrilerin çözünürlüğünü sağlamak için kullanılabilir. Bu, transistör ölçeklendirmesinin 2022 yılına kadar 0.5 nm'ye kadar devam etmesini gerektiren, kamuya açıklanmış 2037 IEEE Uluslararası Cihazlar ve Sistemler Yol Haritası (IRDS) ile tutarlıdır. Yeni NA platformunun amacı, levha ve parçacık durumunun hızını artırarak, geometrik çip özelliklerinin ölçeklendirilmesi. Yüksek NA sistemlerinin 2023 yılında müşterilere gönderilmesi ve 2025 yılına kadar tam üretime ulaşması bekleniyor. 2023'ün başlarında ASML, saatte 600 W EUV emisyonunda çalışan ve yüksek NA EXE: 5200 standardını karşılayan iki yeni EUV güç rekoruna ulaştıklarını duyurdu. doz kararlılığı spesifikasyonu ve 700W açık döngü çalışması. 600W gösterimi, yüksek hacimli EUV üretimi gerçekleştirilmeden önce beş yıl önce teslim edilen 250W'a göre bir artışı temsil ediyor.

Devam edecek...