Silikon telah mendorong ledakan teknologi global selama hampir 50 tahun. Sekarang kita telah memeras setiap tetes kegunaannya. Teknologi manufaktur mikroprosesor yang kami andalkan telah mencapai batas yang serius. Pada tahun 2005, metode yang ada saat ini tidak lagi efektif. Produsen chip tidak punya pilihan selain menemukan cara baru untuk menempatkan lebih banyak transistor di atas silikon.
Jenis Litografi Ultraviolet Ekstrim (EUVL). Teknologi ini diharapkan dapat mempertahankan pentingnya silikon hingga akhir abad ini.
Standar industri saat ini adalah Litografi UV Dalam. Ini berfungsi seperti foto. Cahaya difokuskan melalui lensa dan pola sirkuit terukir pada wafer silikon. Produsen khawatir hal ini tidak akan berlanjut. Fisika ikut campur.
Menggunakan sinar ultraviolet ekstrim (EUV) untuk mengetsa transistor mengubah segalanya. Mikroprosesor yang dihasilkan bisa 100 kali lebih cepat dibandingkan chip terbaik saat ini. Perekaman memori mengambil lompatan maju yang sama. Artikel ini menjelaskan teknologi litografi saat ini dan bagaimana EUVL akan menggantikannya mulai sekitar tahun 2007.
Membuat keripik
Untuk memahami revolusi, kita perlu memahami situasi saat ini. Mikroprosesor atau chip komputer dibuat menggunakan fotolitografi. Secara khusus, kita sekarang dapat membuat chip di dalam komputer menggunakan litografi UV dalam.
Litografi pada dasarnya adalah fotografi fisik. Kamera menggunakan cahaya untuk merekam gambar pada film. Dalam pembuatan chip, cahaya digunakan untuk mentransfer gambar ke substrat. Dalam hal ini, substratnya adalah silikon.
Prosesnya dimulai dengan topeng. Anggap saja sebagai templat untuk desain sirkuit. Cahaya bersinar melalui topeng ini. Kemudian melewati serangkaian lensa optik. Lensa ini memperkecil gambar. Gambar kecil diproyeksikan ke pelat silikon atau semikonduktor.
Cakram tersebut dilapisi dengan plastik cair yang disebut photoresist. Sensitif terhadap cahaya. Topeng ditempatkan pada disk. Saat cahaya mengenai silikon, fotoresist di area yang terbuka akan mengeras. Fotoresist yang tidak terpapar tetap kental. Bahan kimia membersihkan kotoran. Yang tersisa hanyalah photoresist yang disembuhkan dan silikon yang terbuka.
Rahasia kekuatannya terletak pada besarnya panjang gelombang. Semakin pendek panjang gelombangnya, semakin kecil propertinya. Lebih banyak transistor dapat diumpankan ke wafer. Lebih banyak transistor berarti mikroprosesor lebih cepat dan lebih efisien.
Mari kita bandingkan Intel Pentium 4 dan Pentium 3. Pentium 4 berisi 42 juta transistor. Kapasitas Pentium 3 hanya 28 juta. Semakin tinggi kepadatannya, semakin tinggi kecepatannya.
Sejak tahun 2001, litografi UV dalam menggunakan panjang gelombang 240 nanometer. Satu nanometer adalah sepersejuta meter. Teknologi saat ini akan gagal karena produsen beralih ke panjang gelombang 100 nm.
Mengapa? Lensa kaca menyerap panjang gelombang yang lebih pendek. Cahaya tidak pernah mencapai silikon. Pola sirkuit tidak dibuat. Disk tetap kosong.
Di sinilah EUVL berperan. Lensa kaca telah diganti dengan cermin. Cermin memantulkan cahaya tanpa menyerapnya. Ini memastikan bahwa pola ditransfer dengan benar.
Chip generasi berikutnya setidaknya lima kali lebih efisien dibandingkan chip yang dibuat pada tahun 2001. Namun ada kekuatan pendorong lain di balik perubahan ini.
Hukum Moore
Gordon Moore mempunyai visi. Lebih dari 35 tahun yang lalu, ia memperkirakan kepadatan transistor mikroprosesor akan berlipat ganda setiap 18 bulan. Kami menyebutnya Hukum Moore. Hal ini telah terjadi selama beberapa dekade. Komputer menjadi semakin cepat. lebih sedikit. Lebih kuat.
Namun pada tahun 2001, industri ini mengalami kesulitan.
Para ahli percaya bahwa litografi ultraviolet dalam (DUV) mencapai batas fisiknya sekitar tahun 2004-2005. Tanpa proses baru, hukum akan dilanggar. Narasinya berhenti. Industri ini membutuhkan keajaiban.
Keajaiban itu adalah litografi EUV.
Jika teknologi UV dalam gagal, pembuat chip akan beralih ke teknologi UV ekstrem. Perubahan ini diperkirakan akan memperpanjang Hukum Moore selama 10 tahun ke depan. target? 2007 Memperkenalkan mikroprosesor 10 GHz.
Mari kita pikirkan keadaan dasarnya. Pada bulan Mei 2001, prosesor Intel Pentium 4 tercepat beroperasi pada frekuensi 2,4 GHz. 10 gigahertz adalah lompatan besar. Ini bukan hanya tentang kecepatan. Ini tentang kelangsungan hidup di dunia yang semakin menyusut.
“Litografi EUV memungkinkan kami membuat chip dengan ukuran fitur yang cukup kecil untuk mendukung kecepatan clock 10 GHz. Namun, hal ini tidak selalu memungkinkan.”
– Don Sweeney, Direktur Program Litografi EUV, Laboratorium Nasional Lawrence Livermore
Hambatannya adalah skala. Sinar ultraviolet dalam dapat membentuk sirkuit berukuran hingga 100 nanometer. Itu langit-langitnya. EUV dapat semakin menurun.
“Kita perlu membuat sirkuit terpadu hingga 30 nanometer,” kata Sweeney. “Dengan litografi EUV, hal ini jelas mungkin terjadi.”
Fungsionalitas yang lebih sedikit berarti lebih banyak transistor per chip. Semakin banyak transistor, semakin tinggi kecepatan clocknya. Perhitungannya mudah. Tidak demikian halnya dalam bidang teknologi.
Pertempuran untuk akses EUVL
Mereka yang mengendalikan teknologi mengendalikan masa depan.
Pada bulan April 2001, sebuah konsorsium bernama EUV LLC meluncurkan prototipe pertama mesin litografi EUV skala penuh. Ini adalah tugas yang sulit.
EUV LLC lebih dari sekedar perusahaan. Ini adalah liga raksasa.
- Intel
-AMD - IBM
- Mikron
- Infineon
- Motorola
Para pesaing berkolaborasi dengan tiga fasilitas penelitian DOE. Kelompok ini secara kolektif dikenal sebagai Laboratorium Nasional Virtual. Ini termasuk:
-Laboratorium Nasional Sandia
– Laboratorium Nasional Lawrence Livermore
– Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley
Mengapa bekerja sama? Biayanya mahal bagi masing-masing perusahaan. Taruhannya terlalu tinggi. Tapi imbalannya ada di sana.
Manfaat utama bergabung dengan aliansi adalah prioritas. Anggota mempunyai akses pertama terhadap teknologi baru. Jika Anda tidak berpartisipasi, Anda terjebak dengan proses DUV yang lama. Pada akhirnya Anda akan tertinggal.
Perlombaan untuk prosesor 10 GHz sedang berlangsung. Dan semuanya dimulai dengan cahaya.
Inti dari litografi ultraviolet ekstrim (EUVL) dimulai dengan menargetkan aliran gas xenon dengan laser. Laser memanaskan gas hingga menjadi plasma. Elektron dihilangkan dan plasma memancarkan cahaya 13 nm. Panjang gelombang ini terlalu pendek untuk dideteksi oleh mata manusia.
Cahaya memasuki kondensor. Kondensor mengumpulkan cahaya dan mengarahkannya ke masker. Maskernya bukan kaca. Itu cermin. Peredam diterapkan pada bagian tertentu dari cermin untuk menghalangi cahaya. Cermin lain memantulkannya. Hal ini menciptakan pola pada satu lapisan chip komputer.
Prinsip fisik miniaturisasi
Polanya tercermin dari 4–6 cermin multilapis. Cermin ini memperkecil ukuran gambar dan memfokuskannya pada wafer silikon. Setiap cermin sedikit membelokkan cahaya. Ia berfungsi seperti lensa kamera, tetapi dengan cermin, bukan kaca.
Panjang gelombang adalah segalanya. Semakin pendek panjang gelombangnya, semakin baik gambarnya. Pertimbangkan untuk mengambil foto diam. Kualitas gambar bergantung pada banyak faktor. Yang pertama adalah panjang gelombang cahaya. Semakin pendek semakin baik. Ini adalah hukum alam.
Sebelum EUVL, segalanya lebih sederhana. Pada tahun 2001, litografi UV dalam menggunakan cahaya 248 nanometer. Pada Mei 2001, beberapa produsen mulai beralih ke lampu 193 nm. EUVL menggunakan cahaya 13 nm. Semakin pendek panjang gelombangnya, semakin jelas pola wafernya. Semakin tajam polanya, semakin cepat mikroprosesornya.
Lapisan cermin vakum
Proses ini terjadi dalam ruang hampa. Udara menyerap panjang gelombang pendek ini. Tidak ada ruang untuk gas ambien.
Cermin dilapisi dengan molibdenum dan silikon. Lapisan ini memantulkan hampir 70% cahaya EUV 13,4 nm. 30% sisanya diserap. Tanpa lapisan ini, cahaya akan hilang sebelum mencapai wafer.
“Saat Anda mengambil foto sesuatu, kualitas foto ditentukan oleh banyak faktor… dan faktor pertama adalah panjang gelombang cahaya yang Anda gunakan untuk mengambil foto.” — Manis
Cerminnya harus hampir sempurna. Cacat kecil pada lapisan dapat mengganggu geometri optik. Variasi pola sirkuit tercetak. Chipnya tidak berfungsi dengan benar.
[Artikel terkait: Cara kerja semikonduktor, Cara kerja mikroprosesor, Kuis CPU, Cara kerja komputer, Cara kerja kamera, Cara kerja laser, Cara kerja litografi, Bisakah chip komputer diberi AC?]
[Tautan lain: EUVL: Membayangkan Masa Depan, Menjaga Hukum Moore “Lebih”, Litografi Ultraviolet Ekstrim (EUV), Intel: Bagaimana Chip Dibuat, “Scientific American”: Mendapatkan Lebih Banyak dari Hukum Moore]
