เมื่อเร็วๆ นี้ เทคโนโลยีแหล่งกำเนิดแสง SSMB-EUV ที่นำเสนอโดยมหาวิทยาลัย Tsinghua ได้รับความสนใจจากสาธารณชนเป็นอย่างมาก ข้อกล่าวอ้างประการหนึ่งคือจีนสามารถสร้างเครื่องเร่งความเร็วเพื่อสร้างแหล่งกำเนิดแสง EUV และความถี่ที่แตกต่างกันของแหล่งกำเนิดแสงสามารถใช้สำหรับกระบวนการชิปต่างๆ เช่น 28 นาโนเมตร 14 นาโนเมตร 7 นาโนเมตร และ 5 นาโนเมตร แทนที่จะพึ่งพาเครื่องพิมพ์หิน EUV ของ ASML แนวคิดก็คือการใช้ "โรงงานแหล่งกำเนิดแสง" เพื่อทำลายการปิดล้อมของสหรัฐฯ ด้วยความคิดสร้างสรรค์ที่ไม่คาดคิด แนวคิดนี้ "เข้าใจง่าย" และให้ความรู้สึกเหมือนมีความหวังสำหรับเครื่องพิมพ์หินขั้นสูงในประเทศ

ความสนใจของสาธารณชนต่อแหล่งกำเนิดแสงรังสีซิงโครไนซ์ที่ซับซ้อน SSMB-EUV มีพื้นฐานมาจากความปรารถนาที่จะทำลายการปิดล้อมทางเทคโนโลยีของสหรัฐฯ และสร้างอุตสาหกรรมให้กับการวิจัยของ Tsinghua ซึ่งจะช่วยผลิตชิปในประเทศที่มีประสิทธิภาพสูง

บทความนี้มุ่งเน้นไปที่มุมมองของวิศวกรรมอุตสาหการเพื่อแนะนำรายละเอียดทางเทคนิคที่เกี่ยวข้องของการผลิตชิปและการพิมพ์หิน นอกจากนี้ยังอธิบายหลักการทางวิทยาศาสตร์เบื้องหลัง SSMB, EUV และการแผ่รังสีซิงโครไนซ์ หลังจากเข้าใจรายละเอียดทางเทคนิคทางวิศวกรรมและหลักการทางวิทยาศาสตร์เพียงพอแล้ว เราก็สามารถประเมินแนวคิดที่น่าสนใจ เช่น "โรงงานแหล่งกำเนิดแสง" ได้อย่างเหมาะสม

ประเด็นสำคัญของบทความนี้:

1. เครื่องพิมพ์หิน SSMB-EUV มีพื้นฐานทางเทคโนโลยี ประเทศจีนได้ลงทุนด้านการวิจัยและพัฒนาจริงแล้ว และนี่คือทิศทางการพัฒนาสำหรับเครื่องจักรการพิมพ์หินในอนาคต

2. การวิเคราะห์กระบวนการผลิตชิปโดยใช้เครื่องจักรการพิมพ์หิน DUV และ EUV ข้อกำหนดสำหรับประสิทธิภาพของเครื่องจักรการพิมพ์หินในการผลิตทางอุตสาหกรรมนั้นอยู่นอกเหนือจินตนาการของผู้คนทั่วไป

3. อะไรคือปัญหาทางเทคนิคที่เครื่องพิมพ์หิน SSMB-EUV ต้องเอาชนะ? เราไม่ควรคิดว่าการค้นหาทิศทางที่ดีจะทำให้การเจาะผ่านเทคโนโลยีเครื่องจักรการพิมพ์หินเป็นเรื่องง่าย

I. ความรู้เกี่ยวกับอุตสาหกรรมการผลิตชิป 

ในการผลิตทรานซิสเตอร์บางประเภท เราแนะนำซิลิคอนชนิดเตตระวาเลนต์ที่เจือด้วยไตรวาเลนต์โบรอนและฟอสฟอรัสเพนตะวาเลนต์จำนวนเล็กน้อยเพื่อสร้างจุดเชื่อมต่อ PN จากนั้นจึงเติมโลหะออกไซด์เป็นประตูควบคุม ด้วยการจัดเรียงทรานซิสเตอร์จำนวนมากไว้หนาแน่นบนแผ่นเวเฟอร์และเชื่อมต่อตามการออกแบบเฉพาะ เราจึงสามารถสร้างชิปได้ ขั้นตอนที่สำคัญที่สุดในการผลิตชิปคือการประมวลผลแผ่นเวเฟอร์ ซึ่งเกิดขึ้นในโรงงาน FAB บนเวเฟอร์ซิลิคอนบริสุทธิ์สูง ชิปเปลือย (แม่พิมพ์) ที่เหมือนกันจะถูกผลิตทีละชิ้น ก่อนหน้านั้น จำเป็นต้องผลิตเวเฟอร์ซิลิคอน และหลังจากนั้น แม่พิมพ์จะถูกตัด บรรจุ ทดสอบ และประกอบด้วยหมุด ความยากของกระบวนการเหล่านี้ค่อนข้างต่ำ

ก่อนอื่น สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่าการผลิตชิปในการใช้งานทางอุตสาหกรรมนั้นมีขนาดใหญ่มากเพื่อรักษาต้นทุนให้ต่ำ เช่นชิปสมาร์ทโฟนยอดนิยมล่าสุดมีปริมาณประมาณ 10 ล้านเครื่อง เนื่องจากความต้องการที่เพิ่มขึ้น ปริมาณจึงเพิ่มขึ้นเป็น 15-17 ล้านหน่วย และเพิ่มขึ้นเป็น 20 ล้านหน่วย

ชิปหลายสิบล้านชิ้นสามารถผลิตได้ในระยะเวลาอันสั้นได้อย่างไร? สิ่งสำคัญอยู่ที่ความสามารถในการผลิตแม่พิมพ์ที่เหมือนกันจำนวนมากบนแผ่นเวเฟอร์แผ่นเดียว ยกตัวอย่างเวเฟอร์ขนาด 12 นิ้ว (หมายถึงนิ้วก็มี 8 นิ้วและ 6 นิ้วด้วย) เป็นตัวอย่าง เส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 300 มิลลิเมตร มีพื้นที่ 70,659 ตารางมิลลิเมตร ชิปขั้นสูงสามารถบรรลุความหนาแน่นของทรานซิสเตอร์ที่น่าทึ่งถึง 100 ล้านทรานซิสเตอร์ต่อตารางมิลลิเมตร ชิปตัวเดียวประกอบด้วยทรานซิสเตอร์หลายพันล้านตัวและทำหน้าที่ที่ซับซ้อน เช่น เบสแบนด์ 5G และ SOC บนมือถือ สมมติว่าพื้นที่ของแม่พิมพ์คือ 140 ตารางมิลลิเมตร แผ่นเวเฟอร์สามารถรองรับแม่พิมพ์ได้ประมาณ 500 ชิ้น

แนวคิดเรื่อง "ผลผลิต" มีความสำคัญอย่างยิ่งในการผลิตชิป พูดง่ายๆ ก็คือ หากจากแม่พิมพ์ 500 ตัวเหล่านี้ พบว่ามี 400 ตัวที่ใช้งานได้และผ่านการรับรองหลังจากแปรรูปในโรงงาน FAB ผลผลิตจะอยู่ที่ 80% แม้ว่าผลผลิตของการผลิตชิปขั้นสูงบางครั้งอาจไม่สูงมากนัก แต่ก็ไม่ได้ต่ำเกินไปเช่นกัน เนื่องจากจะทำให้ไม่สามารถนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ได้ สมมติว่าประมาณการแบบอนุรักษ์นิยมที่ 50% เวเฟอร์ควรจะยังมีดายเชิงหน้าที่มากกว่า 200 ดาย

โดยทั่วไปกำลังการผลิตของโรงงาน FAB จะวัดจากจำนวนเวเฟอร์ที่สามารถแปรรูปได้เป็นจำนวนหลายพันชิ้นต่อเดือน ตั้งแต่ 10,000 ถึง 100,000 ชิ้น หากกำลังการผลิตอยู่ที่ 10,000 เวเฟอร์ต่อเดือน โดยมี Functional Die 200 ตัวต่อเวเฟอร์ นั่นหมายความว่าจะมีชิปที่ผลิตได้ 2 ล้านชิปในหนึ่งเดือน ส่งผลให้มีชิปมากกว่า 20 ล้านชิปในหนึ่งปี

ยังมีต่อ...