Blockdit Logo (Mobile)
Antfield
•
15 ธ.ค. 2020 เวลา 16:07 • วิทยาศาสตร์ & เทคโนโลยี
EUV lithography เทคโนโลยีการผลิตไมโครชิป เบื้องหลังชีวิตดี ๆ ของเราในอนาคต
19
เพราะว่ามันถูกนำมาใช้ในการผลิตชิปประมวลผลต่าง ๆ ซึ่งใช้อยู่ใน Tablet, Smartphones รวมถึง Gadget สุดล้ำ ที่จะทำให้อุปกรณ์เหล่านี้ทั้งบาง เบา กินไฟน้อยลงแต่มีประสิทธิภาพมากขึ้น
1
ไมโครชิปเบื้องหลังชีวิตดี ๆ ของเราในทุกวันนี้
ด้วยผลงานความร่วมมือในการค้นคว้าวิจัยและพัฒนามากว่า 20 ปีโดยบริษัทชั้นนำทางเทคโนโลยีและสถาบันวิจัยหลายแห่งในยุโรป จนที่สุดก็ได้ออกดอกผลเป็นเทคโนโลยีการผลิตไมโครชิปประสิทธิภาพสูงรุ่นใหม่ ๆ โดยเจ้าเทคโนโลยีนี้ถูกเรียกในอุตสาหกรรมการผลิตไมโครชิปว่า "EUV lithography"
ก่อนจะไปพูดถึงเทคโนโลยี EUV lithography นี้ อยากจะขออธิบายถึงขั้นตอนการผลิตไมโครชิปในอุตสาหกรรมอิเล็คโทรนิคกันก่อน
นี่แหละครับเวเฟอร์อบกรอบที่เราชอยกิน ผ่ามมม!!
ปัจจุบันไมโครชิปขนาดเล็กจิ๋วมาก ๆ ที่ใช้กันอยู่อุปกรณ์พกพาของเรานั้นถูกผลิตขึ้นมาโดยเทคนิคที่เรียกว่า optical lithography
4
ซึ่งใช้แสงเป็นเหมือนแท่งดินสอปลายแหลมในการขีดเขียนลายวงจรไฟฟ้าที่สุดซับซ้อนและมีขนาดเล็กจิ๋วลงบนแผ่นซิลิคอนเวเฟอร์ (Silicon Wafer)
ด้วยการฉายลำแสงที่มีความยาวคลื่นน้อยมาก ๆ ระดับนาโนเมตรแต่มีพลังงานสูงมาก ๆ ที่เป็นลวดลายวงจรไปบนแผ่นเวเฟอร์
ลวดลายลำแสงนี้จะทำหน้าที่เป็นเหมือนดินสอที่ไปขีดเขียนลวดลายเส้นวงจรไฟฟ้าบนชั้น Functional Layer ของแผ่นเวเฟอร์ เกิดเป็นทางเดินของกระแสไฟฟ้าตามที่วิศวกรออกแบบไว้
ถ้าลำแสงที่ใช้นั้นมีความยาวคลื่นยิ่งสั้นก็จะเหมือนดินสอปลายแหลมเล็กที่จะสามารถเขียนลายวงจรได้อย่างละเอียดยิบย่อยไปบนพื้นที่ที่มีขนาดเท่ากันได้มากกว่าเมื่อเทียบกับดินสอหัวทู่
หน้าตาของเครื่องผลิตไมโครชิปของ ASML หนึ่งในผู้ร่วมพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตไมโครชิปด้วย EUV lithography โดยมีหัวใจคือส่วนกำเนิดแสงและฉายแสงลงบนแผ่นเวเฟอร์ตามที่กล่าวมาข้างต้น
ซึ่งจะทำให้ชิปสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น โดยที่มีขนาดเล็กลง กินไฟน้อยลง
เป็นที่มาของชื่อกระบวนการผลิตชิป CPU คอมพิวเตอร์ทั้งของ Intel, AMD ที่ใช้ความยาวคลื่นแสงเป็นตัวบอก Generation ของชิปที่ทำการผลิต เช่น Intel Gen9 - Coffee Lake ซึ่งผลิตด้วยกระบวนการ 14 nm ก่อนเปลี่ยนเป็น 10 nm ในรุ่นถัดไป
1
กลับมาที่ EUV lithography กันต่อ ชื่อ EUV นั้นย่อมาจาก extreme ultraviolet ทั้งนี้เพราะด้วยความยาวคลื่นแสงที่สั้นมาก ๆ มันจึงเข้าไปอยู่ในช่วงแสงที่เรียกว่าแสงอัลตราไวโอเลตหรือแสง UV นั่นเอง
4
โดยก่อนหน้านี้กระบวนการผลิตชิปในรุ่นก่อน ๆ ใช้แสงความยาวคลื่น 193 นาโนเมตร แต่ EUV lithography นั้นใช้แสงที่มีความยาวคลื่น 13.5 นาโนเมตร สั้นลงกว่าเดิม 15 เท่า ซึ่งทำให้สามารถผลิตชิปที่บางกว่าเส้นผมเรากว่า 500 เท่าเลยทีเดียว!!
แต่ทั้งนี้การจะสร้างแหล่งกำเนิดแสงที่มีความยาวคลื่นอยู่ในช่วงที่ต้องการและยังต้องมีพลังงานสูงนั้นไม่ใช่เรื่องง่าย ๆ โดยเฉพาะกลับคลื่นแสงที่มีความยาวคลื่นสั้นมาก ๆ
โดยเครื่องผลิตไมโครชิปรุ่นใหม่ที่ใช้เทคโนโลยีการผลิตระดับ 13.5 นาโนเมตรนี้เกิดจากการร่วมมือกันของ ASML, TRUMPF,  Fraunhofer และ ZEISS
ภาพจำลองทางวิ่งของเลเซอร์ภายในเครื่อง
ซึ่งกระบวนการนี้เริ่มจากแสงเลเซอร์พลังงานสูงซึ่งกำเนิดจากเครื่อง CO2 Laser ที่พัฒนาโดย TRUMPF  ถูกยิงออกมาจาก 2 แหล่งในช่วงเวลาสั้นมาก ๆ เหมือนไฟกระพริบ(ลำสีแดงและสีน้ำเงิน) วิ่งสะท้อนไปมาในทางวิ่งที่ถูกออกแบบมาอย่างพิถีพิถันและสลับซับซ้อน
เพื่อบังคับให้ลำเลเซอร์ทั้งสองลำนี้จะพุ่งเข้ากระทบหยดดีบุกเหลวที่ถูกฉีดเข้ามายังห้องสุญญากาศ กว่า 50,000 หยดต่อวินาที โดยแสงเลเซอร์ลำแรกที่พุ่งเข้ากระทบจะทำให้หยดดีบุกนี้อยู่ในสถานะถูกกระตุ้นด้วยพลังงานของเลเซอร์ที่ตกกระทบ
ภาพจำลองของลำแสงที่กำลังวิ่งเข้าชนหยดดีบุก
ก่อนที่จะถูกเลเซอร์อีกลำที่พุ่งเข้าชนซ้ำทำให้หยดดีบุกอยู่ในสถานะพลาสม่าและปลดปล่อยแสง UV พลังงานสูงที่ความยาวคลื่น 13.5 นาโนเมตรที่ต้องการใช้การเขียนลายวงจร
ทั้งนี้เทคนิค EUV lithography ไม่สามารถใช้เลนส์ในการควบคุมลำแสงที่ยิงลงบนแผ่นเวเฟอร์ได้เหมือนแสงความยาวคลื่น 193 นาโนเมตรได้เนื่องจากแสงที่มีความยาวคลื่นสั้นมาก ๆ นั้นจะเกิดความคลาดแสงมากเกินไปจนทำให้การเขียนลายแผงวงจรนั้นเกิดการพร่าเลือนได้
จึงเป็นบทบาทของ ZEISS ผู้ผลิตเลนส์รายใหญ่ของโลกในการพัฒนากระจกสะท้อนแสงชนิดพิเศษที่ใช้เทคนิคการเคลือบกระจกที่พัฒนาโดยFraunhofer  IOF ที่สามารถเคลือบสารแต่ละชั้นได้บางเฉียบในระดับนาโนเมตร
ยิ่งกว่า Multicoat เพราะเคลือบเป็นร้อย ๆ ชั้น
ทำให้กระจกที่ใช้ในการควบคุมทางวิ่งของแสงเลเซอร์และแสง UV ในเครื่องผลิตไมโครชิป EUV lithography นี้แต่ละชิ้นจะผ่านการเคลือบไม่ต่ำกว่า 100 ชั้น
รวมถึงทางวิ่งของลำแสงทั้งหมดต้องอยู่ในสุญญากาศเพราะแสง EVU นั้นจะถูกดูดซับโดยโมเลกุลของอากาศ ซึ่งเทคโนโลยีในการสร้างห้องสุญญากาศและระบบฉีดหยดดีบุกเหลวนี้พัฒนาโดย ASML ซึ่งก็เป็นผู้ผลิตเครื่องผลิตไมโครชิปรายใหญ่
ทางวิ่งสุดซับซ้อนทั้งหมดนี้อยู่ในห้องสุญญากาศ
ทั้งนี้ EUV lithography ไม่ใช่เทคโนโลยีใหม่ที่เพิ่งออกมาจากห้องวิจัยแต่อย่างใด เพราะมันได้ถูกใช้ในการผลิตไมโครชิปมาตั้งแต่กลางปีที่แล้ว
และทำให้ทีมผู้พัฒนาเทคนิคนี้ของ TRUMPF,  Fraunhofer IOF และ ZEISS ได้รับรางวัล Deutscher Zukunftspreis 2020 ซึ่งก็นับว่าเป็นรางวัลที่คู่ควรเพราะเทคโนโลยีนี้จะทำให้ไมโครชิปของอุปกรณ์ต่าง ๆ ในอนาคตนั้นมีขนาดเล็กลง บางลง เบาลง กินไฟน้อยลง แต่ประสิทธิภาพมากขึ้น!!
หน้าตาของเครื่องผลิตไมโครชิปรุ่นใหม่ของ ASML เห็นหน้าตาตัวแค่นี้สูงว่าคนไม่เท่าไหร่ แต่หนัก 180 ตันเลยจ้า
และแน่นอนว่าด้วยไมโครชิปที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้นนี้ย่อมช่วยให้การพัฒนาเทคโนโลยีต่าง ๆ เช่น ยานยนต์ขับเคลื่อนอัตโนมัติ, 5G, AI เป็นไปได้อย่างรวดเร็วมากขึ้น

ดูเพิ่มเติมในซีรีส์

โฆษณา