Onlangs heeft de door Tsinghua University voorgestelde SSMB-EUV-lichtbrontechnologie grote publieke belangstelling getrokken. Eén bewering is dat China versnellers kan bouwen om EUV-lichtbronnen te genereren, en dat verschillende frequenties van lichtbronnen kunnen worden gebruikt voor verschillende chipprocessen zoals 28 nm, 14 nm, 7 nm en 5 nm. In plaats van te vertrouwen op ASML's EUV-lithografiemachines, is het de bedoeling om 'lichtbronfabrieken' te gebruiken om de Amerikaanse blokkade te doorbreken met onverwacht innovatief denken. Dit concept is "gemakkelijk te begrijpen" en het voelt alsof er hoop is voor geavanceerde binnenlandse lithografiemachines.

De publieke belangstelling voor de complexe synchronisatiestralingslichtbron, SSMB-EUV, wordt fundamenteel gedreven door de wens om de technologische blokkade van de VS te doorbreken en het onderzoek van Tsinghua te industrialiseren, en zo bij te dragen aan de productie van hoogwaardige binnenlandse chips.

Dit artikel richt zich op het perspectief van de industriële techniek om enkele relevante technische details van chipproductie en lithografie te introduceren. Het legt ook de wetenschappelijke principes achter SSMB, EUV en synchronisatiestraling uit. Nadat we voldoende technische details en wetenschappelijke principes hebben begrepen, kunnen we interessante concepten zoals de 'lichtbronfabriek' goed evalueren.

Kernpunten van dit artikel:

1. SSMB-EUV-lithografiemachines hebben een technologische achtergrond. China heeft al daadwerkelijke R&D-investeringen gedaan, en het is inderdaad een ontwikkelingsrichting voor toekomstige lithografiemachines.

2. Door het proces van chipproductie met behulp van DUV- en EUV-lithografiemachines te analyseren, gaan de vereisten voor de prestaties van lithografiemachines in industriële productie de verbeelding van gewone mensen te boven.

3. Wat zijn de technische problemen die SSMB-EUV-lithografiemachines moeten overwinnen? We moeten niet aannemen dat het vinden van een goede richting het doorbreken van de lithografiemachinetechnologie gemakkelijk zal maken.

I. Kennis over de chipindustrie 

Om een ​​bepaald type transistor te maken, introduceren we tetravalent silicium gedoteerd met een kleine hoeveelheid driewaardig boor en vijfwaardig fosfor om een ​​PN-overgang te creëren, en voegen we vervolgens een metaaloxide toe als stuurpoort. Door een groot aantal transistors dicht op een wafer te plaatsen en deze volgens een specifiek ontwerp met elkaar te verbinden, kunnen we een chip maken. De meest kritische stap bij de productie van chips is de waferverwerking, die plaatsvindt in een FAB-fabriek. Op een zeer zuivere siliciumwafel worden één voor één identieke kale chips (dies) geproduceerd. Daarvoor moet de siliciumwafel worden vervaardigd en daarna worden de matrijzen gesneden, verpakt, getest en met pinnen in elkaar gezet. De moeilijkheidsgraad van deze processen is relatief laag.

Eerst en vooral is het belangrijk om te begrijpen dat de productie van chips in industriële toepassingen enorm groot is om de kosten laag te houden. De recente populaire smartphonechip heeft bijvoorbeeld een geschatte hoeveelheid van 10 miljoen stuks. Door de toegenomen vraag is deze hoeveelheid gestegen tot 15-17 miljoen stuks en verder toegenomen tot 20 miljoen stuks.

Hoe kunnen in relatief korte tijd tientallen miljoenen chips worden vervaardigd? De sleutel ligt in de mogelijkheid om een ​​groot aantal identieke matrijzen op één enkele wafer te produceren. Als we een wafeltje van 12 inch (met betrekking tot inches, er zijn ook 8 inch en 6 inch exemplaren) als voorbeeld nemen, is de diameter ongeveer 300 millimeter, met een oppervlakte van 70,659 vierkante millimeter. Geavanceerde chips kunnen een verbluffende transistordichtheid van 100 miljoen transistors per vierkante millimeter bereiken. Eén enkele chip bevat miljarden transistors en voert complexe functies uit, zoals 5G-basisband en mobiele SOC. Ervan uitgaande dat de oppervlakte van een matrijs 140 vierkante millimeter bedraagt, kan een wafer ongeveer 500 matrijzen huisvesten.

Het concept van "opbrengst" is cruciaal bij de productie van chips. Simpel gezegd: als van deze 500 matrijzen er 400 functioneel en gekwalificeerd blijken te zijn na verwerking in de FAB-fabriek, bedraagt ​​de opbrengst 80%. Hoewel de opbrengst van geavanceerde chipfabricage soms niet erg hoog is, is deze ook niet te laag, omdat dit het commercieel onpraktisch zou maken. Uitgaande van een conservatieve schatting van 50% zou een wafer nog steeds meer dan 200 functionele matrijzen moeten hebben.

De productiecapaciteit van een FAB-fabriek wordt doorgaans gemeten aan de hand van het aantal duizenden wafels dat zij per maand kan verwerken, variërend van 10,000 tot 100,000 wafels. Als de capaciteit 10,000 wafers per maand bedraagt, met 200 functionele dies per wafer, betekent dit dat er in een maand 2 miljoen chips zullen worden geproduceerd, wat resulteert in meer dan 20 miljoen chips in een jaar.

Wordt vervolgd...