Recentemente, la tecnologia della sorgente luminosa SSMB-EUV proposta dall'Università di Tsinghua ha suscitato grande interesse da parte del pubblico. Un’affermazione è che la Cina può costruire acceleratori per generare sorgenti luminose EUV e diverse frequenze di sorgenti luminose possono essere utilizzate per vari processi di chip come 28 nm, 14 nm, 7 nm e 5 nm. Invece di fare affidamento sulle macchine litografiche EUV dell’ASML, l’idea è di utilizzare “fabbriche di sorgenti luminose” per rompere il blocco statunitense con un pensiero innovativo e inaspettato. Questo concetto è "facile da capire" e sembra che ci sia speranza per macchine litografiche domestiche avanzate.

L'interesse del pubblico per la complessa sorgente luminosa a radiazione di sincronizzazione, SSMB-EUV, è fondamentalmente guidato dal desiderio di rompere il blocco tecnologico statunitense e di industrializzare la ricerca di Tsinghua, contribuendo così alla produzione di chip domestici ad alte prestazioni.

Questo articolo si concentra sulla prospettiva dell'ingegneria industriale per introdurre alcuni dettagli tecnici rilevanti della produzione di chip e della litografia. Spiega inoltre i principi scientifici alla base dell'SSMB, dell'EUV e della radiazione di sincronizzazione. Dopo aver compreso sufficienti dettagli tecnici e principi scientifici, possiamo valutare adeguatamente concetti interessanti come la "fabbrica di sorgenti luminose".

Punti chiave di questo articolo:

1. Le macchine per litografia SSMB-EUV hanno un background tecnologico. La Cina ha già effettuato investimenti concreti in ricerca e sviluppo, e questa è effettivamente una direzione di sviluppo per le future macchine litografiche.

2. Analizzando il processo di produzione dei chip utilizzando macchine litografiche DUV ed EUV, i requisiti per le prestazioni delle macchine litografiche nella produzione industriale vanno oltre l'immaginazione della gente comune.

3. Quali sono le difficoltà tecniche che le macchine litografiche SSMB-EUV devono superare? Non dovremmo dare per scontato che trovare una buona direzione renderà facile sfondare la tecnologia delle macchine litografiche.

I. Conoscenza dell'industria manifatturiera dei chip 

Per realizzare un certo tipo di transistor, introduciamo silicio tetravalente drogato con una piccola quantità di boro trivalente e fosforo pentavalente per creare una giunzione PN, quindi aggiungiamo un ossido metallico come gate di controllo. Disponendo un gran numero di transistor densamente su un wafer e collegandoli secondo un design specifico, possiamo creare un chip. La fase più critica nella produzione di chip è la lavorazione dei wafer, che avviene in una fabbrica FAB. Su un wafer di silicio altamente puro vengono prodotti uno per uno i chip nudi (die) identici. Prima di ciò, è necessario produrre il wafer di silicio e, successivamente, gli stampi vengono tagliati, confezionati, testati e assemblati con perni. La difficoltà di questi processi è relativamente bassa.

Innanzitutto, è importante capire che la produzione di chip nelle applicazioni industriali è su vasta scala per mantenere bassi i costi. Ad esempio, il recente popolare chip per smartphone ha una quantità stimata di 10 milioni di unità. A causa dell'aumento della domanda, questa quantità è salita a 15-17 milioni di unità e ulteriormente aumentata fino a 20 milioni di unità.

Come è possibile produrre decine di milioni di chip in un periodo di tempo relativamente breve? La chiave sta nella capacità di produrre un gran numero di stampi identici su un singolo wafer. Prendendo come esempio un wafer da 12 pollici (per pollici ci sono anche quelli da 8 e 6 pollici), il suo diametro è di circa 300 millimetri, con una superficie di 70,659 millimetri quadrati. I chip avanzati possono raggiungere una sorprendente densità di transistor di 100 milioni di transistor per millimetro quadrato. Un singolo chip contiene miliardi di transistor ed esegue funzioni complesse come la banda base 5G e il SOC mobile. Supponendo che l'area di un die sia di 140 millimetri quadrati, un wafer può ospitare circa 500 die.

Il concetto di "rendimento" è fondamentale nella produzione di chip. In parole povere, se di questi 500 stampi, 400 risultano funzionali e qualificati dopo la lavorazione nello stabilimento FAB, la resa è dell'80%. Sebbene la resa della fabbricazione avanzata di chip talvolta non sia molto elevata, non è nemmeno troppo bassa, poiché ciò la renderebbe commercialmente poco pratica. Supponendo una stima conservativa del 50%, un wafer dovrebbe avere ancora più di 200 matrici funzionali.

La capacità produttiva di una fabbrica FAB viene generalmente misurata in base al numero di migliaia di wafer che può elaborare al mese, da 10,000 a 100,000 wafer. Se la capacità è di 10,000 wafer al mese, con 200 stampi funzionali per wafer, significa che verranno prodotti 2 milioni di chip in un mese, per un totale di oltre 20 milioni di chip in un anno.

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