לאחרונה, טכנולוגיית מקור האור SSMB-EUV המוצעת על ידי אוניברסיטת Tsinghua משכה עניין ציבורי רב. טענה אחת היא שסין יכולה לבנות מאיצים ליצירת מקורות אור EUV, וניתן להשתמש בתדרים שונים של מקורות אור לתהליכי שבב שונים כגון 28nm, 14nm, 7nm ו-5nm. במקום להסתמך על מכונות הליטוגרפיה EUV של ASML, הרעיון הוא להשתמש ב"מפעלי מקור אור" כדי לשבור את המצור של ארה"ב עם חשיבה חדשנית בלתי צפויה. המושג הזה "קל להבנה", ומרגיש כאילו יש תקווה למכונות ליטוגרפיה ביתיות מתקדמות.

העניין של הציבור במקור האור המורכב של קרינת סינכרון, SSMB-EUV, מונע ביסודו מהרצון לשבור את המצור הטכנולוגי של ארה"ב ולתעש את המחקר של Tsinghua, ובכך לעזור לייצר שבבים ביתיים בעלי ביצועים גבוהים.

מאמר זה מתמקד בפרספקטיבה של הנדסת תעשייה כדי להציג כמה פרטים טכניים רלוונטיים של ייצור שבבים וליטוגרפיה. זה גם מסביר את העקרונות המדעיים מאחורי SSMB, EUV וקרינת סינכרון. לאחר שהבנו מספיק פרטים טכניים הנדסיים ועקרונות מדעיים, נוכל להעריך נכון מושגים מעניינים כמו "מפעל מקור האור".

נקודות מפתח במאמר זה:

1. למכונות ליטוגרפיה SSMB-EUV יש רקע טכנולוגי. סין כבר ביצעה השקעות ממשיות במו"פ, וזה אכן כיוון פיתוח עבור מכונות ליתוגרפיה עתידיות.

2. ניתוח תהליך ייצור השבבים באמצעות מכונות ליתוגרפיה DUV ו-EUV, הדרישות לביצועי מכונות ליתוגרפיה בייצור תעשייתי הן מעבר לדמיון של אנשים רגילים.

3. מהם הקשיים הטכניים שעל מכונות הליטוגרפיה SSMB-EUV להתגבר עליהם? אל לנו להניח שמציאת כיוון טוב יקל על פריצת טכנולוגיית מכונת הליטוגרפיה.

I. ידע על תעשיית ייצור שבבים 

כדי ליצור טרנזיסטור מסוג מסוים, אנו מציגים סיליקון ארבע ערכי המסומם בכמות קטנה של בורון תלת ערכי וזרחן מחומש ליצירת צומת PN, ולאחר מכן מוסיפים תחמוצת מתכת כשער בקרה. על ידי סידור מספר רב של טרנזיסטורים בצפיפות על רקיק וחיבורם לפי עיצוב ספציפי, נוכל ליצור שבב. השלב הקריטי ביותר בייצור שבבים הוא עיבוד פרוסות, המתרחש במפעל FAB. על רקיקת סיליקון טהורה במיוחד, מיוצרים שבבים חשופים זהים בזה אחר זה. לפני כן יש לייצר את פרוסת הסיליקון ולאחר מכן חותכים, נארזים, נבדקים ומרכיבים את התבנית עם סיכות. הקושי של תהליכים אלו נמוך יחסית.

בראש ובראשונה, חשוב להבין שייצור שבבים ביישומים תעשייתיים הוא מסיבי בקנה מידה כדי לשמור על עלויות נמוכות. לדוגמה, לשבב הסמארטפון הפופולרי האחרון יש כמות מוערכת של 10 מיליון יחידות. עקב עלייה בביקוש, כמות זו עלתה ל-15-17 מיליון יחידות, ועלתה עוד יותר ל-20 מיליון יחידות.

כיצד ניתן לייצר עשרות מיליוני שבבים בפרק זמן קצר יחסית? המפתח טמון ביכולת לייצר מספר רב של קוביות זהות על רקיק בודד. אם ניקח לדוגמא רקיק בגודל 12 אינץ' (הכוונה לאינץ', יש גם 8 אינץ' ו-6 אינץ') כדוגמה, הקוטר שלו הוא כ-300 מילימטרים, בשטח של 70,659 מילימטרים רבועים. שבבים מתקדמים יכולים להשיג צפיפות טרנזיסטורים מדהימה של 100 מיליון טרנזיסטורים למילימטר רבוע. שבב בודד מכיל מיליארדי טרנזיסטורים ומבצע פונקציות מורכבות כמו פס בסיס 5G ו-SOC נייד. בהנחה ששטח התבנית הוא 140 מילימטרים רבועים, רקיק יכול להכיל כ-500 קוביות.

למושג "תשואה" יש חשיבות מכרעת בייצור שבבים. במילים פשוטות, אם מתוך 500 מתים אלה, 400 נמצאו פונקציונליים ומוסמכים לאחר עיבוד במפעל FAB, התשואה היא 80%. למרות שהתפוקה של ייצור שבבים מתקדם היא לפעמים לא גבוהה במיוחד, היא גם לא נמוכה מדי, מכיוון שזה יהפוך אותה לבלתי מעשית מבחינה מסחרית. בהנחה של הערכה שמרנית של 50%, פרוסה עדיין צריכה להיות בעלת יותר מ-200 קוביות פונקציונליות.

כושר הייצור של מפעל FAB נמדד בדרך כלל בכמה אלפי פרוסות הוא יכול לעבד בחודש, הנעים בין 10,000 ל-100,000 ופלים. אם הקיבולת היא 10,000 פרוסות לחודש, עם 200 קוביות פונקציונליות לכל רקיק, זה אומר שייוצרו 2 מיליון שבבים בחודש, מה שיביא ליותר מ-20 מיליון שבבים בשנה.

המשך יבוא...