28 Apr 2025·3 menit
ASML dan EUV: Mengapa Litografi Menjadi Gerbang Pembuatan Chip
Panduan jelas dan non-teknis tentang bagaimana peralatan litografi EUV ASML menjadi penting untuk chip mutakhir, dan mengapa seluruh industri bergantung padanya.
Panduan jelas dan non-teknis tentang bagaimana peralatan litografi EUV ASML menjadi penting untuk chip mutakhir, dan mengapa seluruh industri bergantung padanya.
Ketika orang menyebut “chip terdepan”, mereka biasanya berbicara tentang proses manufaktur paling maju: fitur yang lebih kecil dicetak di silikon, kerapatan transistor lebih tinggi, dan efisiensi daya/kinerja lebih baik dalam batas baterai atau pendinginan yang sama. Itulah sebabnya ponsel menjadi lebih cepat tanpa menjadi lebih panas, dan pusat data melakukan lebih banyak pekerjaan per watt.
ASML penting karena posisinya berada pada tahap yang sangat sulit untuk dilewati.
Litografi adalah tahap tempat pola diproyeksikan ke wafer—pola yang pada akhirnya menjadi transistor dan kawat penghubung. Jika Anda tidak bisa mencetak pola yang diperlukan dengan akurasi memadai, Anda tidak bisa memproduksi generasi chip itu secara massal.
Jadi “gatekeeper” bukan berarti ASML mengontrol seluruh industri semikonduktor. Maksudnya, di garis depan, kemajuan bergantung pada akses ke kemampuan tertentu yang hanya dapat disediakan oleh sedikit pemain—dan saat ini kemampuan itu terkonsentrasi pada alat litografi paling maju milik ASML.
Beberapa faktor menjelaskan mengapa ASML sering mendapat sorotan:
Tulisan ini fokus pada konsep yang dapat Anda percaya: apa itu litografi, mengapa EUV merupakan lompatan besar, dan mengapa rantai pasokan chip menjadi sensitif terhadap alat-alat ini. Kita akan menghindari hype dan penjelasan “ajaib” dan menekankan kendala praktis yang membuat litografi menjadi hambatan nyata di garis depan.
Pikirkan litografi sebagai mencetak pola yang sangat kecil ke atas wafer silikon menggunakan cahaya. Pola itu menentukan di mana transistor, kawat, dan kontak nanti akan berada. Jika “cetakannya” sedikit meleset, sebuah chip bisa kehilangan kinerja, mengonsumsi daya lebih banyak, atau bahkan gagal sama sekali.
Litografi adalah siklus berulang yang digunakan untuk membangun chip lapis demi lapis:
Lapisi resist: Wafer dilapisi bahan yang peka cahaya disebut resist foto.
Ekspos: Cahaya melalui sebuah fotomask (keping kaca dengan pola). Alat litografi memproyeksikan pola itu ke resist, seperti proyektor presisi.
Kembangkan: Resist yang terekspos dikembangkan sehingga bagian tertentu terlarut, meninggalkan “stensil” resist yang berpola.
Etch atau deposit: Dengan stensil resist, fab melakukan etch material atau deposit material baru di tempat yang tepat.
Ulangi: Chip terdepan dapat memerlukan puluhan (sering ratusan) siklus ini di banyak lapisan.
Transistor yang lebih kecil bukan sekadar “gambar lebih kecil.” Mereka menuntut penjajaran lapisan yang lebih ketat, tepi yang lebih bersih, dan variasi yang lebih sedikit di seluruh wafer. Akurasi litografi sangat memengaruhi seberapa kecil dan kompleks desain akhir bisa dibuat—dan berapa banyak chip baik (yield) yang dihasilkan per wafer.
Litografi hanyalah salah satu bagian dari manufaktur semikonduktor—material, deposit, etch, packaging, dan pengujian juga penting—tetapi sering kali menjadi hambatan tersulit karena menetapkan pola dasar yang harus diikuti semua langkah lainnya.
Kemajuan chip sering digambarkan sebagai “membuat transistor lebih kecil.” Kendala tersembunyi adalah Anda juga harus menggambar bentuk yang lebih kecil di silikon. Secara garis besar, litografi mengikuti aturan: semakin pendek panjang gelombang cahaya, semakin halus detail yang dapat dicetak.
Jika Anda mencoba mencetak garis yang sangat kecil menggunakan cahaya yang relatif “panjang”, tepi akan menjadi kabur—seperti menulis dengan spidol tebal di atas kertas bergaris. Selama bertahun-tahun, industri memperpanjang kemampuan litografi DUV dengan meningkatkan lensa, sumber cahaya, dan material. Perbaikan itu penting, tetapi tidak tak terbatas.
Insinyur menggunakan teknik cerdik—desain lensa yang lebih baik, kontrol proses yang ketat, dan metode komputasional yang memodifikasi pola mask agar tercetak benar di wafer. Metode ini membantu, tetapi ketika fitur mengecil, kesalahan kecil yang dulu masih dapat ditolerir menjadi sesuatu yang tidak bisa diterima. Akhirnya, Anda tidak bisa lagi “mengoptimalkan” melewati fisika: difraksi dan variasi proses mulai mendominasi.
Ketika satu eksposur tidak dapat mencetak fitur yang dibutuhkan secara andal, fab mengadopsi multi-patterning—membagi satu lapisan menjadi beberapa siklus mask-dan-eksposur.
Multi-patterning menjaga node terus maju, tetapi mengubah litografi menjadi hambatan utama. Lebih banyak langkah berarti biaya per wafer lebih tinggi, waktu siklus lebih lama, dan manajemen yield yang lebih ketat. Beban yang tumbuh inilah salah satu alasan besar industri mendorong panjang gelombang dan pendekatan baru—membuka jalan bagi EUV.
Deep ultraviolet (DUV) menggunakan cahaya 193 nm untuk mencetak pola ke wafer melalui fotomask, memakai lapisan fotosensitif (resist). Selama bertahun-tahun DUV adalah tulang punggung manufaktur semikonduktor—dan masih demikian. Bahkan fab paling maju masih mengandalkan DUV untuk banyak lapisan di mana fitur lebih besar atau kurang kritis, karena alatnya cepat, terbukti, dan relatif terjangkau.
Upgrade besar untuk DUV adalah litografi immersion. Alih-alih mengekspos wafer melalui udara, alat mengisi ruang kecil antara lensa dan wafer dengan air ultra-murni. Air itu membelokkan cahaya lebih dari udara, memungkinkan sistem memfokuskan fitur yang lebih kecil—seperti menggunakan medium pembesar yang lebih baik untuk mempertajam detail.
Immersion memperpanjang DUV lebih jauh daripada yang banyak orang duga, tetapi tidak mengubah kenyataan mendasar: 193 nm tetap panjang gelombang yang relatif besar ketika Anda mencoba menggambar fitur transistor yang sangat kecil.
Untuk terus mengecil dengan DUV, pembuat chip sangat mengandalkan multi-patterning—membagi satu lapisan menjadi dua, tiga, atau lebih eksposur dan langkah etch.
Itu berhasil, tetapi membawa biaya yang jelas:
EUV memakai cahaya yang jauh lebih pendek, 13,5 nm, yang bisa mencetak fitur halus dalam lebih sedikit lintasan. Daya tariknya sederhana: menggantikan “banyak langkah DUV yang rumit” dengan “lebih sedikit eksposur langsung” untuk lapisan kritis.
EUV tidak diadopsi karena mudah—tidak. Ia diadopsi karena, di garis depan, jalur multi-patterning DUV menjadi terlalu lambat, terlalu mahal, dan terlalu berisiko untuk terus melakukan skala dengan cepat.
EUV (extreme ultraviolet) menggunakan panjang gelombang yang jauh lebih pendek daripada sistem “deep ultraviolet”. Panjang gelombang yang lebih pendek penting karena dapat mencetak fitur yang lebih kecil secara lebih langsung—bayangkan pena yang lebih halus untuk menggambar pola chip yang paling rumit.
Alat EUV bukan sekadar lampu yang lebih terang. Ia adalah rantai subsistem yang disinkronkan secara seksama:
Semua itu membuat alat EUV mahal dibangun, mahal dipelihara, dan sulit diskalakan secara volume.
Sebelum EUV, fab seringkali membutuhkan beberapa eksposur dan multi-patterning DUV yang kompleks untuk membuat fitur halus. Untuk lapisan-lapisan kritis tertentu, EUV dapat mengurangi jumlah langkah pemodelan—menghemat waktu, menurunkan risiko kesalahan penjajaran, dan meningkatkan yield secara keseluruhan.
EUV tidak menyederhanakan seluruh fab sendirian. Anda masih membutuhkan fotomask yang maju, kimia resist foto yang disetel halus, kontrol proses yang tepat, dan langkah-langkah pelengkap (etch, deposit, inspeksi). EUV membantu pada lapisan kunci, tetapi pembuatan chip tetap tantangan ujung-ke-ujung yang saling terkait.
Litografi adalah langkah “mencetak pola” dalam pembuatan chip. Cahaya memproyeksikan pola dari sebuah fotomask ke wafer yang dilapisi resist foto, kemudian wafer dikembangkan dan di-etch/dideposit sehingga pola itu menjadi struktur nyata.
Karena setiap lapisan harus selaras dengan presisi tinggi, kesalahan kecil pada fokus, overlay (penjajaran), atau keseragaman dapat mengurangi yield atau kinerja.
Untuk node proses paling maju, litografi EUV adalah kemampuan kunci yang sulit digantikan dengan metode lain secara skala besar. Alat-alat ASML mengonsentrasikan kemampuan ini, sehingga akses ke scanner mereka sangat memengaruhi siapa yang dapat memproduksi chip terdepan secara efisien.
"Gatekeeper" tidak berarti ASML mengendalikan semuanya—melainkan bahwa di garis depan, kemajuan dibatasi oleh kelas alat tertentu dan ketersediaannya.
DUV (deep ultraviolet) umumnya menggunakan cahaya 193 nm dan masih banyak dipakai untuk banyak lapisan karena matang dan cepat.
EUV (extreme ultraviolet) memakai 13,5 nm, yang dapat mencetak fitur lebih halus secara lebih langsung. Keuntungan praktis utama adalah mengurangi kebutuhan multi-patterning yang kompleks pada lapisan kritis di garis depan.
Multi-patterning berarti memecah satu lapisan yang dimaksud menjadi beberapa siklus mask/eksposur/etch untuk meniru pencetakan fitur lebih kecil ketika satu eksposur tidak cukup andal.
Cara ini efektif, tetapi menambah:
Alat EUV sulit karena cahaya EUV diserap oleh udara dan sebagian besar material, sehingga sistem harus beroperasi dalam vakum dan menggunakan cermin bukan lensa. Menghasilkan cahaya EUV secara andal juga merupakan tantangan teknik besar.
Selain itu, kontaminasi kecil dapat merusak cermin dan throughput, sehingga kontrol kebersihan dan defect sangat ketat.
Secara garis besar, sebuah scanner EUV mengintegrasikan:
Nilai sebenarnya muncul ketika sistem ini bekerja bersama dengan andal pada tingkat uptime produksi—bukan hanya satu komponen terobosan.
Perusahaan yang mendorong chip paling maju, seperti TSMC, Samsung, dan Intel, adalah pembeli utama sistem EUV. Mereka menggunakannya untuk lapisan paling kritis di node terdepan, sambil tetap memakai banyak DUV untuk lapisan lain.
Dalam praktiknya, fab merencanakan kapasitas EUV bertahun-tahun sebelumnya karena ketersediaan alat, kesiapan pabrik (utilitas, kontrol getaran, integrasi cleanroom), dan kematangan proses (mask/resist/metrologi) harus selaras.
Akses EUV sangat terkonsentrasi, dan alat-alat itu bisa menentukan apakah sebuah wilayah mampu memproduksi chip paling maju secara massal. Itu menjadikan EUV titik leher strategis.
Kontrol ekspor dapat membatasi pengiriman ke tujuan atau penggunaan tertentu, yang dapat mengubah lokasi pembangunan kapasitas dan menambah ketidakpastian pada perencanaan jangka panjang fab.
Harga mencerminkan presisi ekstrem, volume produksi rendah, siklus pengujian/kualifikasi yang panjang, dan part spesialis (optik, stage, vakum, sumber cahaya). Namun harga sticker hanyalah sebagian cerita.
Yang lebih diperhatikan fab adalah total cost of ownership:
Penurunan kecil pada ketersediaan dapat secara material mengurangi output wafer.
High-NA EUV meningkatkan numerical aperture (NA), memungkinkan pemetaan pola yang lebih halus dan berpotensi mengurangi workarounds pada fitur terkecil.
Ini bukan tombol ajaib: resist, mask, inspeksi, dan throughput harus matang bersama. Harapkan adopsi bertahap dan armada campuran (High-NA EUV + EUV “standar” + DUV) selama bertahun-tahun.