Переход в область «экстремального» ультрафиолета выглядит логичным развитием фотолитографии. Увеличение числа транзисторов в микросхемах (рост степени интеграции) постоянно сопровождался уменьшением длины волны. Однако, в случае EUV стоит говорить о новом виде литографии. Переходы от 365 к 248 и далее к 193 нм требовали нового оборудования и материалов. Например, для каждой новой длины волны приходилось создавать новые линзы из новых специальных сортов стекла. Однако, принцип построения степпера – системы экспонирования – оставался одним и тем же. Излучение с длиной волны 15–13нм (EUV) взаимодействует с веществом не так, как излучение 400 – 200нм. EUV сильно поглощается в любых стёклах. Оптическая система для такого излучения может быть построена только с использованием специальных многослойных зеркал.
Изображение с сайта https://www.asml.com/en/products/euv-lithography-systems
Изготовление таких зеркал – отдельная о-о-очень сложная задача. Кстати, маски для EUV-литографии тоже изготавливаются как многослойные зеркала. Их изготовление намного сложнее и дороже линз и масок для фотолитографии. Технические трудности возникают ещё и из-за того, что оптическая система в EUV не может быть радиально симметричной. Из-за этого в изображении маски возникают дополнительные искажения.
Высокая энергия фотонов EUV-излучения при малых размерах экспонируемых элементов создает дополнительные сложности (генерация вторичных электронов, неравномерность поглощенной дозы в резисте…)
Кроме этого, о-о-очень сложно построить достаточно мощный и стабильный источник EUV излучения. (В январе 2023 года компания ASML опубликовала следующее: Исследовательский центр ASML в Сан-Диего установил два новых мировых рекорда мощности EUV: час работы источника EUV мощностью 600 Вт, соответствующей спецификациям стабильности дозы EXE:5200, и демонстрация EUV мощностью 700 Вт. Пять лет назад первый EUV источник от ASML обеспечил мощность 250 Вт, необходимую для крупносерийного производства. Это последнее достижение показывает, как далеко продвинулись наши технологии, и нашу роль в инновациях. - Our ASML Research in San Diego has set two new EUV power world records – a one-hour run of 600W EUV power meeting EXE:5200 dose stability specifications, and a demonstration of 700W open-loop EUV power. Five years ago, ASML’s first 250W source delivered the power to enable EUV high volume manufacturing. This latest achievement shows how far our technology has come and our role in innovation.)
Всё это делает EUV-литографию существенно более сложной и дорогой, чем «обычная» фотолитография. Однако, только EUV даёт возможность уменьшить размеры печатаемых элементов до рекордных 5нм, 3 нм, 2 нм.
Первые разговоры о EUV-литографии относятся к середине 1980-х годов. Первый прототип промышленного EUV-степпера был представлен компанией ASML в 2010 году. В начале 2020 года ASML отметила продажу сотой промышленной EUV-системы /степпера. https://www.asml.com/en/company/about-asml/history
Более 20 лет разработки (до прототипа) и ещё 10 лет до выхода на промышленное производство. Это целая жизнь!
На начало 2023 года стоимость одной EUV-системы составляет около 150 миллионов долларов.
Ведущие сотрудники Samsung Foundry Business и Semiconductor R&D Center поднимают вверх три пальца как символ 3-нм техпроцесса, отмечая первое в истории производство компании по 3-нм техпроцессу с архитектурой GAA.
