Зміст:
Відео: Technikertag bei GLOBALFOUNDRIES Dresden (Листопад 2024)
Однією з причин, що мене настільки заінтригували відвідати GlobalFoundries на початку цього місяця, була можливість побачити на місці літографічний апарат EUV та почути, як фірма планує ним користуватися.
Не так давно у мене був шанс відвідати фабрику в Коннектикуті, де ASML збирає багато компонентів для такої машини EUV. Ці величезні інструменти використовують екстремальне ультрафіолетове (EUV) світло, що світиться через маску, щоб окреслити лінії для дуже маленьких особливостей мікросхем, і є одними з найскладніших машин у світі. Вони розроблені таким чином, щоб замість стандартних машин літографії занурення використовували світло з довжиною хвилі 193 нм в деяких шарах процесу виготовлення чіпів.
Для резюме машини EUV неймовірно складні. Як пояснив це віце-президент з технологій досліджень GlobalFoundries Джордж Гомба, процес починається з 27-кіловатного CO2-лазера, який випалюється через систему транспортування променя і фокусування на крихітні олов'яні краплі (діаметром близько 20 мкм), що виробляються генератором крапель у плазмовій посудині. Перший імпульс розгладжує краплю, а другий випаровує її, створюючи плазму, що виробляється лазером (LPP). Фотони EUV, випромінювані з плазми, збираються спеціальним дзеркалом, яке відбиває світло довжини хвилі 13, 5 нм і випромінювання передається в проміжну точку фокусування, де він потрапляє в сканер і проектується через маску на кремнієву пластину. Гомба, який працює на об'єкті Albany Nanotech, заявив, що працює з системами попереднього виробництва EUV з 2013 року, і тепер розраховує, що EUV буде в повному обсязі виробництва GlobalFoundries до другої половини 2019 року.
Ці інструменти настільки складні, що їм потрібні місяці роботи лише для того, щоб підготувати їх до початку виробництва. На компанії Fab 8 на Мальті, Нью-Йорк, я побачив перші два інструменти EUV, які були встановлені; один майже завершений, а другий - у процесі виробництва, і ще є місце для ще двох.
Отримати інструменти EUV у самій будівлі було складною операцією. Основна паличка була вперше запечатана; потім у стелі було встановлено кран, і в сторону будівлі прорізали отвір, щоб перемістити всередину нову масивну систему. Тоді, звичайно, це потрібно було підключити до інших інструментів на заводі. Це стосувалося роботи як в підкабінці, яку потрібно було встановити для джерела інструменту, який створює лазер, що використовується в процесі, так і в самому приміщенні. Все це потрібно було зробити, зберігаючи решту камери на повній швидкості.
Том Каулфілд, SVP та генеральний директор Fab 8, порівнював це з "робити операції на серці під час бігу марафону".
Статус ЄСВ - і що ще потрібно вирішити
Гері Паттон, CTO та SVP Всесвітньої науково-дослідної та дослідницької роботи GlobalFoundries, сказав, що 7mm буде в цьому році виробництвом ризику на Fab 8, а повне виробництво в наступному році, використовуючи літографію занурення та квадрокодування, але не EUV. Мульти-малювання займає більше часу, оскільки воно передбачає більше кроків, і проблеми можуть виникати через дуже точне вирівнювання, необхідне на кожному кроці, але ці літографічні засоби є загальними, добре зрозумілими та готовими сьогодні. В подальшому планується запропонувати версію 7-нм процесу з використанням нових інструментів EUV.
EUV "не готовий сьогодні", - сказав Паттон, посилаючись на проблеми з джерелом живлення, стійкістю до матеріалів та масками, особливо з розвитком належного пелікула (тонкої плівки, яка йде над маскою або сіткою.)
В даний час машини EUV не такі швидкі, один інженер пояснює, що вони можуть виробляти близько 125 вафельних виробів на годину, порівняно з 275 пластинами на годину для занурення літографії. Вони фактично можуть заощадити час, тому що якщо процес зменшить кількість проходів для багатошарового малювання, це не тільки економить кроки в літографії, але і на травлення та підготовку. Таким чином, EUV фактично повинен коштувати дешевше, аби запустити його, коли він буде готовий, сказав Колфілд.
Ґомба зауважив, що ідея полягає не лише у зменшенні 3-х та 4-х шарів оптичної літографії, а й у зменшенні багатьох інших кроків, оскільки між кожним кроком літографії також існує травлення та інша обробка пластини. Мета, за словами Гомба, - скоротити час циклу до 30 днів.
Точка перехрестя, мабуть, є квадратичним малюнком, але багато що залежить від виходу (який слід покращити, оскільки етапи літографії EUV повинні мати меншу мінливість, ніж кілька етапів літографії занурення) та покращення часу циклу. EUV також повинен дати можливість дизайнерам чіпів працювати за набагато менш обмежувальних умов.
Але він також зазначив, що є ще деякі питання, які залишаються вирішеними, особливо якщо мова йде про пеніс. Інший інженер пояснив, що 13, 5 нм випромінювання, яке використовується EUV, поглинається майже всім, тому внутрішня частина машини повинна бути вакуумна. При EUV значна частина енергії не проходить через сітку (маску), а натомість нагріває її. Пелікул допомагає захистити маску, але все ж потрібно провести роботу над покращенням кількості світла, що проходить через пелікул (пропускання), а також довголіттям пелікула. Це, в свою чергу, вплине на пропускну здатність, а також на довговічність масок і тривалість роботи машини в цілому.
В результаті, за словами Паттона, компанія спочатку запропонує скорочення 7нм із EUV, яке буде використовуватися здебільшого для контактів та перевезень. Це одне може забезпечити збільшення щільності на 10-15 відсотків без великих дизайнерських вкладень. Коли проблеми будуть вирішені, сказав Паттон, EUV може і буде використовуватися в багатьох інших шарах. (Joel Hruska з ExtremeTech, який також був на гастролях, тут детальніше.)
Паттон зауважив, що ASML повинен отримати "величезний кредит" за виштовхування EUV, наскільки це є, і сказав, що це "неймовірний подвиг техніки". На запитання, чи дійсно GlobalFoundries зобов’язаний робити EUV, Каулфілд відповів, що фірма зробила інвестиції на суму 600 мільйонів доларів, що означає "треба це зробити".
FDX та дорожня карта для майбутніх чіпмейкерів
У широкій дискусії про те, куди ведеться виготовлення чіпів, Паттон, який багато років працював над чіповою технологією для IBM, пояснив, як концепція змінюється, коли ми доходимо до кінця Закону Мура. Він зазначив, що в перші роки виробництва мікросхем мова йшла про площинне масштабування Кремнієвої CMOS. Потім, з 2000-2010 рр., Увага зосереджувалася на нових матеріалах; Зараз велика увага приділяється 3D-транзисторам (FinFET, які використовуються в більшості передових процесів сьогодні) та 3D-стекуванню.
До 2020 року, за його словами, ми досягнемо меж атомних розмірів, тому нам потрібно буде зосередитися на інших способах інновацій, включаючи нові способи проектування транзисторів (наприклад, нанопровідники, що замінюють FinFETs), нові види субстратів (наприклад, повністю Розвинена технологія збідненого кремнію на ізоляторі GlobalFoundries); або нові рівні інтеграції на системному рівні (такі як вдосконалена упаковка, фотоніка кремнію та вбудована пам'ять).
GlobalFoundries має дві дорожні карти, над якими працює, - сказав Паттон. Перша заснована на сучасній технології FinFET і розроблена для високопродуктивних пристроїв. У GlobalFoundries це означає перехід від поточного 14 нм процесу до перегляду процесу, який він називає 12 нм, а потім пізніше цього року до того, що він називає 7 нм. Паттон зазначив, що це найкраще підходить для процесорів мобільних додатків та високопродуктивних процесорів та GPUS, при цьому GlobalFoundries обіцяє до 40-відсоткового покращення продуктивності пристроїв та 60-відсоткового зниження загальної потужності порівняно з 14-нм процесом. Не менш переконливим він повинен зменшити витрати на штампи приблизно на 30 відсотків до цілих 45 відсотків порівняно з попереднім поколінням.
У цій частині дорожньої карти GlobalFoundries знаходиться на аналогічному курсі порівняно з дорожніми картами конкуруючих файлів, таких як TSMC або Samsung.
Але для інших застосувань компанія орієнтується на те, що називає FDX, її бренд для повністю виснаженої технології кремнію на ізоляторі. Це плоска технологія, це означає, що вона не використовує 3D-транзистори, і Паттон сказав, що забезпечує більш економічне рішення для мобільних процесорів низького та середнього рівня, а також процесорів для Інтернету речей та багатьох автомобільних додатки. Хоча деякі дослідження з цього питання відбуваються на Мальті, процес FDX здебільшого організований у Дрездені, Німеччина. Поточна робота над цим процесом полягає у тому, що GlobalFoundries називає свій 22nm FDX вузол; це планується, щоб перейти до 12-нм процесу наступного року.
Коулфілд зазначив, що "скорочення недостатньо", і щоб перейти до наступного вузла, GlobalFoundries також повинен запропонувати більше продуктивності та принести реальну цінність для клієнтів. Він зазначив, що фірма пропустила 20 нм і те, що інші називають 10 нм, щоб зосередити увагу на 7 нм, і сказав, що цей вузол пропонує зменшити прямі витрати на 30 - 45 відсотків порівняно з 14 нм, дещо компенсувавшись потребою в більшій кількості масок для додаткових кроків, необхідних для мульти- малювання.
Коулфілд зазначив, що більше половини доходів фірми залишається на старих технологічних вузлах, таких як 28 та 40 нм вузлів. Сінгапурський завод фірми зосереджений на 40 нм і старших процесах, а Дрезден виробляє на 22 нм і старше. Тим часом, все на Мальті орієнтоване на 14nm та новіші процеси.
На 7nm, сказав Каулфілд, компанія хоче бути "швидким послідовником", тоді як на FDX вона хоче бути "руйнівним" фактором на ринку.
Паттон зазначив, що GlobalFoundries продемонстрував тест-чіп 7 нм у 2015 році, який він розробив разом з партнерами IBM та комплексом Albany NanoTech. На 5nm компанія розповіла про наношахти або транзистори з усіма воротами, а також зосередила увагу на внутрішньомодульній комунікації за допомогою 2.5D та 3D-мікросхем на силіконових інтерпосторах для з'єднання різних кубиків пам'яті та гібриду. Зі своїми партнерами він продемонстрував тест-чіп 5 нм минулого року.
Протягом багатьох років я був вражений тим, наскільки галузь виготовлення чіпів змогла вдосконалитись. Важко подумати про іншу галузь, яка просунулася настільки швидко і настільки швидко, а робота виробників інструментів, таких як ASML та файли, такі як GlobalFoundries, просто неймовірна. Проблеми, з якими вони стикаються при здійсненні ще більш швидких чіпів і більш щільних конструкцій, стають все складнішими, але мій візит нагадав мені як про складність передових процесів, так і про хід, який ми продовжуємо бачити.
З якою ймовірністю ви рекомендуєте PCMag.com?
