Скромное слово степпер отражает, наверное, самую высокотехнологичную машину из всех, придуманных человечеством. Принято считать торжеством технологичности процессоры, микросхемы. Так вот, степпер – это то, что производит микросхемы.
Intel, Samsung и TSMC — три крупнейших в мире производителя микросхем. Но даже они не в состоянии изготовить степпер.
Единственный их производитель – компания ASML из Нидерландов. Она играет главную роль в мировой микроэлектронике.
Это единственный в мире производитель степперов для фотолитографии в глубоком ультрафиолете (EUV). Только у неё есть оборудование для фотолитографии в глубоком ультрафиолете с длиной волны 13,5 нанометров.
Более короткие длины волн позволяют травить более мелкие компоненты — это жизненно важно для производителей микросхем, которые стремятся увеличивать количество транзисторов на чипе в соответствии с законом Мура. Он утверждает, что количество компонентов на конкретной площади удваивается примерно каждые два года.
Первые экспериментальные установки совмещения и экспонирования (степперы) для EUVL были созданы в 2000 году в Ливерморской национальной лаборатории, но создание коммерчески доступного оборудования заняло почти 20 лет, потому что инженерам пришлось решать ряд трудных технических задач, связанных с высокой плотностью энергии пучка EUV-излучения, которая в десять раз выше, чем у луча 193-нм лазера (фотолитография предыдущего поколения).
Из-за этого чрезвычайно трудно эффективно протравить тончайшие дорожки после обработки пластины. На таком размере элементов возникают сложности с депонированием добавок в предельно узкие канавки цепей в кристаллах.
Степпер - основное оборудование, которое используется при изготовлении полупроводниковых интегральных схем. В процессе работы степпера рисунок с маски многократно переводится в рисунок на различных частях полупроводниковой пластины. Своё название степпер получил из-за того, что каждое экспонирование производится небольшими прямоугольными участками (порядка нескольких квадратных сантиметров); для экспонирования всей пластины её передвигают шагами, кратными размеру экспонируемой области (процесс step-and-repeat). После каждого передвижения проводится дополнительная проверка правильности позиционирования.
Современные литографические установки могут использовать не шаговый, а сканирующий режим работы; они называются «сканеры» (step-and-scan). При экспонировании передвигаются в противоположных направлениях и пластина и маска.
Три ведущих мировых производителя чипов — Intel, Samsung и TSMC — стали зависимы от продукции ASML настолько же, насколько остальная технологическая индустрия зависит от их собственной продукции.
Не случайно с 2010 года её рыночная капитализация выросла в десять раз. Сегодня ASML стоит больше, чем Airbus, Siemens или Volkswagen.
Внутри самой современной EUV-машины каждую секунду 50 000 капель расплавленного олова падают через камеру в её основании. Пара высокоэнергетических лазеров на углекислом газе ударяет по каждой капле, создавая плазму, которая, в свою очередь, испускает свет нужной длины волны. Первый импульс преобразует каплю олова в туманную форму блина, так что второй импульс, который является более мощным и следует за ним всего через 3 микросекунды, взрывает олово в плазму, которая светится на длине волны 13,5 нанометров. Затем свет собирается, фокусируется и отражается от узорчатой маски, чтобы проецировать узор на кремниевую пластину.
Свет направляют зеркала, сделанные из слоёв кремния и молибдена, которые отшлифованы настолько точно, что, если их масштабировать до размера Германии, то на поверхности не будет выпуклостей больше миллиметра. Поскольку глубокий ультрафиолет поглощается почти любым веществом, включая воздух, процесс происходит в вакууме.