После США и Японии Китай стал третьей страной, официально заявившей о создании нового станка для литографии
Литографический станок представляет собой оборудование для изготовления чипов. Чтобы воспроизвести точный рисунок чипа на поверхности пластины, литограф использует принцип камеры для экспонирования. Существует несколько типов литографических машин.
Соединенные Штаты и Япония активно осваивают различные технологии в этой области. Но и в Китае также появляются литографические машины нового типа.
Разработка литографских машин в различных странах
Когда речь заходит о машинах для литографии, большинство людей думают о ASML в Нидерландах. Эта компания – крупнейший мировой производитель литографических станков. Нидерландская продукция DUV и EUV хорошо продаётся по всему миру.
Особенно пользуются спросом EUV-литографы, которые может выпускать только ASML. Для производства требуется 100 000 компонентов от более чем 5 000 поставщиков по всему миру, предлагающих передовые технологии со всего мира. ASML объединяет ресурсы глобальной промышленной цепочки для обеспечения массового производства EUV-станков, стоящих на вершине пирамиды в цепочке поставок для изготовления чипов.
Без станков EUV от ASML такие гиганты, как TSMC, Samsung и Intel, не смогли бы производить чипы высокого класса, а чипы, разработанные такими компаниями, как Apple, Qualcomm и Mediatek, не смогли бы поступить на производственную линию.
Другими словами, для стабильного развития индустрии чипов, все предприятия нуждаются в литографском устройстве. Однако купить EUV-машину от ASML в рамках всех установленных правил не так просто. Кроме того, производственные мощности ASML очень ограничены, массовое производство составляет всего 40 или 50 единиц в год. Эти факторы побудили различные страны к изучению литографов и поиску других решений, выходящих за рамки их привычного использования.
Соединенные Штаты
Машина для электронно-лучевой литографии, изготовленная в Соединенных Штатах Америки, была разработана американской компанией Zyvex Labs. Она создала литографическую машину ZyvexLitho1 с самым высоким в мире разрешением, которая позволяет производить чипы с длиной волны 0,7 нм и используется в области квантовых компьютеров.
Точность литографии ZyvexLitho1 превышает точность литографии EUV, а ширина линии составляет всего 0,768 нм. Можно сказать, что чип, изготовленный с разрешением на атомарном уровне, достиг предела физических возможностей. Но очевидно, что ZyvexLitho1 стремиться выйти за эти пределы.
Конечно, станок ZyvexLitho1 не лишен своих недостатков, связанных с низкой производительностью и ограниченным диапазоном адаптации. Американская установка играет огромную роль в микросхемах квантовых процессоров, но, устройство, скорее всего, нельзя применить к бытовой электронике.
Япония
Япония разработала оборудование для нано-тиснения (наноимпринтинга). В этом устройстве используется технология, аналогичная печати, и ориентированная на перенос рисунка чипа традиционными механическими средствами. По сравнению с обычными литографическими машинами, здесь нет зависимости от источника света, а шаблон оборудования можно задействовать многократно, что значительно снижает стоимость использования и не требует энергопотребления.
В настоящее время такие гиганты, как Canon и Kioxia из Японии, активно занимаются исследованиями и разработками оборудования для наноимпринтинга. Японские предприятия добились в этом определённых успехов и заявляют, что собираются дальше двигаться в направлении высоких технологий. Если оборудование для нано-тиснения станет высокотехнологичным, возможно, доминирующее положение традиционной литографической машины будет подорвано.
Китай
Вслед за Соединенными Штатами и Японией китайская команда официально объявила о запуске литографической машины нового типа, называемой литографической машиной сверхвысокого разрешения, которая может реализовать 22-нм процесс. Сообщается, что новый станок для литографии со сверхразрешением является научно-исследовательским проектом Института оптоэлектроники Китайской академии наук. Новое устройство сочетает в себе такие технологии, как литографические линзы со сверхвысоким разрешением, высокоэффективное освещение, рабочий стол с несколькими степенями свободы и т. д., а также использует источник света с длиной волны 365 нм.
Принцип традиционного литографа заключается в отражении лазерного луча на литографический шаблон и нанесении рисунка чипа на поверхность пластины, покрытой фоторезистом. Принцип работы литографической машины со сверхразрешением состоит в том, чтобы поместить источник света на поверхность линзы, затем сформировать плазму и повторно выгравировать рисунок чипа на кремниевой пластине.
Тем не менее ещё есть много возможностей для повышения эффективности производства, улучшения области фокусировки и т. д., что по-прежнему требует приложения постоянных усилий.
Как долго может развиваться литографическая машина EUV от ASML?
Исследования, бросающие вызов традиционному пути развития литографических станков, в различных странах богаты и разнообразны:
электронно-лучевые машины для литографии в Соединенных Штатах;
оборудование для нано-тиснения в Японии;
машины для литографии со сверхразрешением в Китае.
Кроме того, специалисты пытались заменить традиционные устройства для литографии различными технологиями, такими как направленная самосборка и плазменные лазеры. Однако несмотря на то, что в отрасли изучаются различные инновационные технологии, они всё ещё нуждаются в многократном тестировании.
Технология литографов от ASML была проверена в отрасли десятилетиями опыта исследований и разработок. Был сформирован полный набор моделей производственных цепочек. Изменить это за один день невозможно. Кто возьмёт на себя расходы на технологическую итерацию и риск возможных неудач?
Однако в рамках Закона Мура традиционный путь рано или поздно придется корректировать, а инновационные технологии могут оказаться способными обеспечить решения в критические моменты. Итак, как долго может использоваться EUV-машина от ASML?
Возможно, EUV столкнулась с проблемой производительности. В настоящее время EUV-станок обеспечивает массовое производство 3-нм чипов. Но когда дело доходит до 2-нм, необходимо использовать более совершенную машину для литографии – NA EUV. ASML начнет серийное производство итеративного оборудования в 2024 году, чтобы помочь производителям чипов завершить массовое производство 2-нм чипов. Сможет ли ASML после этого запускать более итерационные продукты?
Закон Мура руководил разработкой чипов в течение полувека, предоставляя важные направляющие идеи. Чтобы выйти за пределы этого закона, требуются усилия всего человечества. Независимо от того, какие инновационные технологии применяются сегодня, самой важной целью остаётся продолжать развивать безграничные возможности технологии производства чипов.