Американская фирма Applied Materials объявила о разработке м создании новой инновационной модели формирования шаблона, которая значительно снизит затраты на производство усовершенствованных узловых чипов. Новый инструмент для формирования шаблонов американской инженерной компании Applied Materials продемонстрировал, насколько сложно Китаю будет догнать передовые технологии производства полупроводников.
Анонсированная 28 февраля система Centura Sculpta должна позволить сократить количество этапов литографии EUV (экстремального ультрафиолета), используемых для производства интегральных схем на самых передовых технологических узлах, что значительно снизит как сложность, так и стоимость производства полупроводников сверхмалого размера. Санкции США уже запрещают экспорт инструментов для литографии EUV в Китай. Без них 7-нм и 5-нм процессы не экономичны, а 3-нм, 2-нм и меньшие процессы вообще не могут быть реализованы.
Поскольку повышение эффективности стимулирует внедрение EUV, Китай, вероятно, останется далеко позади в гонке по разработке чипов следующего поколения для смартфонов, искусственного интеллекта, квантовых вычислений и других высокотехнологичных отраслей. Однако это не означает конец китайской полупроводниковой промышленности. Как отмечает Дэвид Голдман из Asia Times, «28-нм чипы предыдущего поколения используются в большей части цифровой инфраструктуры и промышленных приложений Huawei, и Китай может производить их сам». Goldman последовательно утверждает, что заводы и логистика, контролируемые сетями 5G, — вот в чем теперь заключается сравнительное преимущество Китая.
Sculpta — это сложный инструмент для травления, который использует луч плазмы для изменения размеров элементов чипа на кремниевой пластине, уменьшая потребность в двойном или множественном нанесении рисунка. Чтобы печатать элементы размером меньше, чем предел разрешения текущей литографии EUV (13 нм), шаблоны схем разделены на две части, каждая половина которых соответствует пределу разрешения; Затем половинки объединяются для получения более тонкого и плотного рисунка. Это двойное моделирование требует процесса «лито-травление-лито-травление» (LELE), который занимает больше времени и требует дополнительного оборудования, материалов и энергии. Множественное паттернирование повторяет этот процесс. Таким образом, размеры функций были значительно уменьшены, но при постоянно растущей стоимости. Sculpta предлагает альтернативу этой эскалации. «Sculpta предназначена для наиболее важных слоев паттернов в продвинутых логических узлах», — говорят специалисты Applied Materials, - «Поскольку окончательный шаблон создается из одной маски, стоимость и сложность проектирования снижаются, а риск выхода из-за ошибок выравнивания двойного шаблона устраняется».
Потенциальная экономия средств огромна. Специалисты Applied Materials утверждают, что для каждой заменяемой последовательности двойного паттерна EUV Sculpta позволяет:
- снижение капитальных затрат примерно на 250 миллионов долларов на 100 тыс. запусков пластин в месяц производственной мощности;
- экономия производственных затрат примерно на 50 долларов на пластину;
- значительное сокращение потребления энергии, использования воды и выбросов парниковых газов.
Чтобы представить все это в перспективе, ведущий производитель чипов TSMC, как сообщается, увеличил свои 5-нм производственные мощности до 150 000 пластин в месяц. Инструменты литографии EUV теперь стоят почти 170 миллионов долларов каждый, а инструменты ASML нового поколения с высокой числовой апертурой могут стоить вдвое дороже. Высокая числовая апертура снизит предел разрешения до 8 нм, уменьшив потребность в множественном построении паттернов, но не сразу, ведь первые машины не запланированы к поставке до 2024 года.
Между тем, на литографию приходится примерно 35% стоимости производства на 3 нм. ASML из Нидерландов в настоящее время имеет монополию на литографию EUV. Applied Materials утверждает, что формирование шаблона Sculpta может сократить использование литографии EUV вдвое для некоторых критических слоев, в то время как аналитики полупроводниковой промышленности оценивают, что это может снизить общий удельный спрос на инструменты литографии EUV почти на 20%. Оценки приблизительны, потому что пока неизвестно, как быстро Sculpta может быть принята, оправдает ли она ожидания, и какое влияние может оказать экономия средств на планы расширения мощностей по производству полупроводников.
Sculpta — это новый продукт, но формирование узоров — не новая технология, что склоняет чашу весов в пользу ее успеха. Applied Materials уже несколько лет выпускает исследовательские работы по этому поводу, и исследовательские организации сообщают, что Intel может представить его на 1,8 нм в 2024 или 2025 году (хотя это может произойти намного раньше). Ожидается, что Samsung будет вторым пользователем, а TSMC — третьим, по мнению отраслевых обозревателей, скорее всего, на 1,4 нм.
Райан Рассел, корпоративный вице-президент Intel, говорит: - «Работая в тесном сотрудничестве с Applied Materials над оптимизацией Sculpta в соответствии с нашей архитектурой процессов, Intel будет развертывать возможности формирования шаблонов, чтобы помочь нам сократить затраты на проектирование и производство, время производственного цикла и воздействие на окружающую среду». Дэн Хатчесон, аналитик тенденций в полупроводниковой промышленности, работающий сейчас в TechInsights, утверждает: - «Sculpta — это самый инновационный новый технологический этап в производстве пластин с момента появления CMP».
CMP (химико-механическая планаризация), которая используется для удаления лишнего материала и создания гладкой поверхности пластины, является одним из нескольких этапов производственного процесса — в дополнение к литографии EUV — на которые повлияет введение Sculpta. Другие этапы включают изготовление и осмотр фотошаблонов; нанесение и снятие фоторезиста; нанесение материалов, травление и очистка.
Компании, чей поток заказов может быть затронут, включают ASML (Нидерланды), Applied Materials и Lam Research (США), Tokyo Electron, JSR, Hoya и Lasertec (Япония) и многие другие. Производители травильного оборудования Lam Research и Tokyo Electron будут вынуждены представить свои собственные версии формирования рисунка. Заманчиво сделать вывод, что единственными бенефициарами будут Applied Materials и ее клиенты, но это не обязательно так. Полупроводниковая промышленность движется за счет повышения эффективности и снижения затрат, и Sculpta может ускорить переход к узлу техпроцесса 1 нм.
Китай удваивает свои собственные возможности по производству чипов, но, технологически отстает все больше и больше. Формирование шаблонов может помочь Intel догнать TSMC и Samsung и тем самым ускорить рост рынка EUV-литографии. Это могло бы привести к более быстрой и большей отдаче от приобретения JSR производителя фоторезистов на основе оксидов металлов Inpria , которая нацелена на создание 1 нм. С другой стороны, меньшее количество масок EUV снизит спрос на заготовки масок Hoya и инструменты для проверки масок Lasertec. Ни одна из непосредственно затронутых компаний не является китайской. Но всей китайской полупроводниковой промышленности еще раз напомнили, что передний край — это движущаяся мишень, вытравливаемая за ее пределами.
Скотт ФОСТЕР