خدمة الخط الساخن
كاتب عمود
كاتب عمود
كيف يمكننا إنتاج شريحة 5 نانومتر بدون آلة الطباعة الحجرية بالأشعة فوق البنفسجية؟
2024-07-01
3102
صحيح أن آلات الطباعة الحجرية بالأشعة فوق البنفسجية العميقة، والتي كانت موجودة منذ أكثر من 20 عامًا، لا تزال قيد الاستخدام وتتطور. إن استخدام الطباعة الحجرية DUV المغمورة جنبًا إلى جنب مع تقنيات الزخرفة المتعددة يجعل من الممكن تمامًا إنتاج شرائح بدقة 5 نانومتر، وربما حتى 3 نانومتر في ظل سيناريوهات شديدة التكلفة بدون أي عوائق.
وبطبيعة الحال، فإن تبني مثل هذه الأساليب ينطوي على تكاليف عالية، لذا فإن مصانع أشباه الموصلات تتجنب عادة استخدام مثل هذه التدابير المتطرفة لإنتاج رقائق ذات عمليات متقدمة بكميات كبيرة. ففي نهاية المطاف، يتم اختيار الحلول السائدة عادة على أساس المنافسة في السوق، مما يضمن أن أساليب التصنيع الأكثر جدوى تجاريا هي التي تدوم فقط.
لفهم ما إذا كانت الطباعة الحجرية المغمورة مع الأنماط المتعددة يمكن أن تحقق دقة 5 نانومتر، نحتاج أولاً إلى توضيح ما تشير إليه كلمة "5 نانومتر". في الآونة الأخيرة، تم تجديد النقاش حول هذا الموضوع، مع ادعاءات بأن ASML قد كشفت عن استراتيجيات شركات صناعة أشباه الموصلات.
الشكل 1: مخطط تخطيطي للهيكل المستوي لترانزستور تأثير المجال المعدني أكسيد شبه الموصل (MOSFET).
في الماضي، تم تعريف طول بوابة الترانزستور على أنه عرض الخط، بما يتماشى مع أسماء عقدة العملية، حيث كانت الطباعة الحجرية والترسيب والحفر والانتشار عمليات مركزية لتقليل عرض الخطوط.
الشكل 2: العلاقة بين عرض الخط/طول البوابة، والملعب، ونصف الملعب.
الجدول 1: المراسلات بين عقد العملية وأطوال نصف الملعب والبوابة عبر سنوات مختلفة، الوحدات: نانومتر
بالعودة إلى الموضوع الأولي، عندما نتحدث عن 5 نانومتر، فإننا في الواقع نشير إلى عقدة العملية الخاصة بها بدلاً من عرض الخط الفعلي.
الأبعاد المميزة المختلفة للترانزستورات متنوعة ومعقدة، ولكل مصنع تعريفات تصميمية مختلفة. وبالتالي، فإن المنتجات من شركات مصنعة مختلفة تستخدم نفس تكنولوجيا المعالجة قد لا تكون قابلة للمقارنة تمامًا.
الجدول 2: كثافة الترانزستور لكل مليمتر مربع عند العقد المختلفة لمصانع الرقائق الرئيسية، بيانات جزئية مستمدة من جهات خارجية
وفقًا للبيانات الواردة في الجدول، في العقدة 14 نانومتر، تحقق Intel وTSMC وSamsung ما يقرب من 0.3 مليار ترانزستور لكل مليمتر مربع.
لقد أصبح الإنتاج الضخم ومعدل العائد منطقة رمادية.
الجدول 3: تمتلك مصانع الرقاقات الرئيسية جدولًا زمنيًا للإنتاج يتراوح بين 32/28 نانومتر و14 نانومتر وفقًا لخارطة طريق التكنولوجيا، مع عقدة إضافية عند 22 نانومتر.
في الماضي، كان كونك أول من قام بالإنتاج بكميات كبيرة ميزة حاسمة في المنافسة الشرسة بين Intel وSamsung وTSMC. كل من يستطيع تحقيق الإنتاج الضخم حصل أولاً على ميزة كبيرة.
ومع ذلك ، اليوم ، هناك تباين كبير في كيفية تعريف كل شركة لعقد العمليات الخاصة بها. على سبيل المثال، في حين أن جميعها تدعي أنها عند 5 نانومتر، إلا أن كثافات الترانزستور يمكن أن تختلف بشكل كبير. ومن هذا المنظور، تشكل إنتل تهديدًا بسيطًا لشركة TSMC، في حين خرجت سامسونج إلى حد كبير من السباق التنافسي.
في سامسونج، عادةً ما يكون العملاء الأوليون لكل عقدة جديدة داخليين، حيث يبدأ إنتاج المخاطر عند مراحل منخفضة الإنتاجية بينما يتم الإعلان علنًا عن الإنتاج الضخم.
إن الإعلان عن الإنتاج الضخم على أساس معدلات العائد المكونة من رقم واحد أثناء التطوير هو أمر ترويجي بحت ويفتقر إلى الأهمية الموضوعية. في الحالات التي تكون فيها معدلات العائد غير كافية، يتحمل العملاء عادة تكلفة الرقائق المعيبة. نظرًا للكثافات المتساوية، يفضل العملاء تقديم الطلبات مع الشركة المصنعة التي تقدم أعلى معدلات العائد. في الحالات التي تتأخر فيها معدلات الكثافة والإنتاجية، فإن رسوم العقود المخفضة فقط هي التي يمكن أن تجتذب عملاء متفرقين، ومع ذلك فإن هذا النهج يفشل في تحقيق أي ربح لمصنع الرقائق.
من المهم ملاحظة أن الشركات المصنعة تكشف أحيانًا عن معدلات إنتاجية تصل إلى 60% أو حتى 80%، ولكن هذه الأرقام غالبًا ما تتعلق برقائق أبسط مثل ASICs لأجهزة التعدين. على العكس من ذلك، قد تكون معدلات الإنتاجية للرقائق المعقدة مثل معالجات تطبيقات الهاتف المحمول (APs) أقل من 50%، وبالنسبة للرقائق ذات المساحة الكبيرة مثل وحدات معالجة الرسومات، يمكن أن تزيد قليلاً عن 20%.
حتى مع نفس عملية 7 نانومتر، يمكن أن تختلف معدلات الإنتاجية بشكل كبير اعتمادًا على المنتج. يميل المصنعون إلى إبراز أفضل أرقامهم أثناء ذلك
حجب البيانات الأقل مواتاة، ممارسة صناعية شائعة.
يعد توقيت الإنتاج الضخم ومعدلات العائد في مصانع الويفر بمثابة منطقة رمادية جاهزة للتلاعب. تتجاوز هذه المقارنة معادلة عقدة العملية البسيطة وتتضمن كثافات الترانزستور لكل وحدة مساحة والتوقيت الفعلي ومعدلات الإنتاج المطلوبة لتأمين طلبات العملاء التجارية - وهذا يحدد الإنتاج التجاري الحقيقي.
ناقشنا في الأقسام السابقة مفاهيم 5nm في الماضي والحاضر. ببساطة، قبل 20 عامًا، كانت الإشارة إلى 5 نانومتر تعني عرض خطوط وأطوال بوابات الترانزستورات. ومع ذلك، تمثل تقنية 5 نانومتر اليوم عقدة رمزية في عملية التصنيع. يكمن المقياس الحقيقي للتقدم في كثافة الترانزستور لكل وحدة مساحة وليس في هذا الرمز فقط.
نصف الملعب = k1lect / sinθ.
نصف الملعب: كما هو موضح في الشكل 2 من المقال، يشير إلى نصف الملعب، وهو عرض الخط/طول البوابة بالإضافة إلى المسافة بين السطور، مضروبة في 1/2.
الشكل 3: رسم تخطيطي لتركيز الضوء والتصوير من خلال نظام العدسات، حيث يمثل n معامل الانكسار للوسط، ويمثل θ زاوية التركيز للعدسة.
باستخدام آلة الطباعة الحجرية المغمورة بطول 193 نانومتر كمثال، بقيمة k1 تبلغ 0.28، ومعامل انكسار (n) للماء يساوي 1.44، وsinθ يساوي 0.93، فإن حساب نصف الملعب هو (0.28 × 193) / (1.44 × 0.93) = 54.04 / 1.3392 ≈ 40 نانومتر، مما يشير إلى دقة 40 نانومتر.
ولذلك، لتعزيز دقة آلات الطباعة الحجريةيمكن إجراء التعديلات على المتغيرات في الصيغة عن طريق توسيع المقام أو تقليل البسط، مما يؤدي إلى أربعة احتمالات: زيادة زاوية التركيز لتحسين sinθ، أو رفع معامل الانكسار (n) للوسط، أو خفض معامل k1، أو استخدام مصدر ضوء بمصدر ضوء أقصر. الطول الموجي (π). ومن بين هذه الخيارات، يبرز تخفيض معامل k1 باعتباره واحدًا من أهم الإنجازات التي تسعى إليها حاليًا أشباه الموصلات المصنوعة ويستحق الاهتمام المركّز.
يتم تحديد sinθ بالزاوية التي تركز فيها العدسة الضوء، وتتوافق قيمة sinθ الأعلى مع الدقة الأعلى. العدسات المستخدمة في آلات الطباعة الحجرية تأتي بأحجام وسماكات وانحناءات مختلفة. يتم تكديسها وتجميعها بدقة بعد حسابات دقيقة، وغالبًا ما تتطلب تركيب رافعة. حاليًا، تبلغ تكلفة أنظمة العدسات الخاصة بآلات الطباعة الحجرية ما يقرب من 60 مليون دولار، وتتجاوز أنظمة العدسات ذات الأشعة فوق البنفسجية 100 مليون دولار.
الشكل 4: نظام عدسة آلة الطباعة الحجرية 0.9NA، حيث NA (الفتحة العددية) = n × sin θ
إن جعل الأمر معقدًا جدًا يهدف أيضًا إلى دفع sinθ إلى أقرب حد ممكن من الحد الأقصى النظري وهو 1.
يعتمد تقصير الطول الموجي في المقام الأول على تغيير مصدر الضوء، مثل g-line، وi-line UV (الأشعة فوق البنفسجية)، وKrF، وArF DUV (الأشعة فوق البنفسجية العميقة)، وحاليًا، EUV (الأشعة فوق البنفسجية القصوى) بطول موجة يبلغ 13.5 نانومتر. يؤدي المزيد من تقصير الطول الموجي إلى ظهور الأشعة السينية.
الشكل 5: نظام العدسات المستخدم في آلات الطباعة الحجرية 193 نانومتر ArF، والذي يتضمن مرايا بين مجموعات العدسات كما هو موضح في الرسم التخطيطي.
عندما يتعلق الأمر بالطول الموجي 13.5 نانومتر للأشعة فوق البنفسجية، يستخدم نظام العدسات بأكمله مرايا، تُعرف بالنظام البصري العاكس الكامل. ويجب أن يكون هذا النظام مصمماً بحيث يسمح بمرور أشعة الضوء دون إعاقة المرايا. بالإضافة إلى ذلك، بالمقارنة مع التسامح مع الأخطاء في زوايا نقل العدسة، تتطلب زوايا انعكاس المرآة دقة أكبر بكثير.
في السعي لتعزيز الدقة، هناك نهج آخر يتضمن ضبط الوسط بين العدسة والرقاقة. تحل تقنية الطباعة الحجرية المغمورة، التي اقترحها نائب مدير الأبحاث في TSMC، لين بينجيان، محل الوسط الموجود في الهواء، والذي لديه معامل انكسار قريب من 1، مع الماء، الذي لديه معامل انكسار يبلغ 1.44. يؤدي هذا إلى تقليل الطول الموجي المكافئ بشكل فعال من 193 نانومتر إلى 134 نانومتر تقريبًا، ويتم قياسه بواسطة معامل الانكسار للوسط.
الشكل 6: الاختلافات بين أنظمة الطباعة الحجرية الجافة وأنظمة الطباعة الحجرية الغاطسة
تتيح تقنية الطباعة الحجرية المغمورة لعمليات أشباه الموصلات الاستمرار في استخدام نفس الطول الموجي والأقنعة عن طريق إدخال الماء ببساطة بين العدسة والرقاقة. النظرية واضحة ومباشرة، لكن التحدي يكمن في التنفيذ العملي. على سبيل المثال، في أنظمة الغمر، يمكن أن تتشكل فقاعات الهواء في الماء DI (الماء منزوع الأيونات)، والتي يجب إزالتها بالكامل. علاوة على ذلك، يجب أن يتدفق الماء بسرعة وبشكل موحد لضمان التوزيع المتساوي والحفاظ على جودة التصوير.
الحد من k1: تقنيات تحسين القرار (RET).
النهج الأخير لتحسين الدقة هو تقليل قيمة k1، وهو أمر بالغ الأهمية لمهندسي عمليات الطباعة الحجرية في مصانع أشباه الموصلات، خاصة لإنشاء شرائح 5 نانومتر باستخدام DUV (Deep فوق بنفسجي) الطباعة الحجرية.
الشكل 7: رسم تخطيطي للأقنعة المستخدمة في آلة الطباعة الحجرية مقاس 28 نانومتر. يمر الضوء عبر فتحات بيضاء، ويسقط نقاطًا صفراء على مقاوم الضوء الموجود على الرقاقة. باستخدام قناعين لتعرضات منفصلة، يتم تحقيق تحسين الدقة.
ومع ذلك، فإن مضاعفة أوقات التعرض تؤدي إلى خفض معدل إخراج الرقاقة في الساعة (WPH) إلى النصف، على افتراض أنها تظل دون تغيير. تؤدي التعرضات المتعددة أيضًا إلى انخفاض معدلات الإنتاجية. وعندما يقترن هذا بانخفاض الناتج، فإنه يخلق عبئا لا يطاق على صناعة أشباه الموصلات، التي تقدر كفاءة التكلفة قبل كل شيء. تؤدي أوقات التعرض المتزايدة حتمًا إلى انخفاض الإنتاجية، مما يجعل معدلات الإنتاجية هي الطريقة الوحيدة التي يمكن للمهندسين من خلالها إنقاذ أنفسهم.
في آلات الطباعة الحجرية الغاطسة، يمكن أن يؤدي استخدام تقنيات مثل تصحيح القرب البصري (OPC) والتحسين المشترك لمصادر الضوء والأقنعة إلى دفع قيم k1 إلى 0.2، مما يحقق دقة تبلغ 28 نانومتر. مع التعرض المزدوج، يمكن تقليل k1 من 0.28 إلى 0.14، مما يحقق دقة تبلغ 20 نانومتر. يمكن أن يؤدي التعرض الرباعي إلى تقليل k1 إلى 0.07، مما يحقق دقة تبلغ حوالي 10 نانومتر، بل ويتجاوز دقة 11.5 نانومتر لآلات الطباعة الحجرية بالأشعة فوق البنفسجية. يشكل هذا الأساس النظري للطباعة الحجرية المغمورة التعرض المتعدد النهج في تحقيق العقد 7nm، 5nm، وحتى 3nm.
على الرغم من أنه ممكن من الناحية النظرية ويتم التحقق من صحته جزئيًا من قبل بعض الشركات المصنعة في عقدة 7 نانومتر، إلا أن هذا النهج يتطلب العديد من الشروط الحرجة للتوافق في وقت واحد. ومن أهم هذه العناصر "دقة التراكب" في الأنماط المتعددة - المحاذاة الدقيقة للأنماط بين التعريضات الضوئية المتعددة.
علاوة على ذلك، هناك العديد من تقنيات المعالجة الأخرى التي تلعب دورًا، مثل أقنعة تحويل الطور، وتصحيح القرب البصري القائم على النموذج، وتقنيات الحفر مثل الزخرفة الرباعية ذاتية الانحياز، وحتى تقنيات الطباعة الحجرية ذاتية التجميع الموجهة الناشئة. توفر هذه الأساليب إمكانيات لإنتاج شرائح بدقة 5 نانومتر دون الاعتماد فقط على الطباعة الحجرية عالية الدقة.
وبطبيعة الحال، فإن تبني مثل هذه الأساليب ينطوي على تكاليف عالية، لذا فإن مصانع أشباه الموصلات تتجنب عادة استخدام مثل هذه التدابير المتطرفة لإنتاج رقائق ذات عمليات متقدمة بكميات كبيرة. ففي نهاية المطاف، يتم اختيار الحلول السائدة عادة على أساس المنافسة في السوق، مما يضمن أن أساليب التصنيع الأكثر جدوى تجاريا هي التي تدوم فقط.
لنبدأ ببعض المعرفة الأساسية، لكن لا تتردد في تخطي هذا الجزء إذا كان لديك بالفعل فهم منهجي لعقد العملية.
هل 5nm مجرد تلاعب بالكلمات؟
لفهم ما إذا كانت الطباعة الحجرية المغمورة مع الأنماط المتعددة يمكن أن تحقق دقة 5 نانومتر، نحتاج أولاً إلى توضيح ما تشير إليه كلمة "5 نانومتر". في الآونة الأخيرة، تم تجديد النقاش حول هذا الموضوع، مع ادعاءات بأن ASML قد كشفت عن استراتيجيات شركات صناعة أشباه الموصلات.
قبل الخوض في موضوع عرض الخط، من المهم أن نفهم دور الترانزستورات وأهمية عرض الخط في هذا السياق.
تستخدم الترانزستورات بوابة للتحكم في توصيل الدوائر وقطعها: يُمثل التوصيل "1"، بينما يُمثل القطع "0"، مما يُتيح الحساب الثنائي. يؤثر طول البوابة (أو طول القناة) بشكل مباشر على سرعة تدفق التيار بين مصدر ومصرف الترانزستور. تُحسّن أطوال البوابة الأصغر أداء الترانزستور، مما يسمح بتدفق تيار أسرع، وبالتالي أداءً أفضل للرقاقة.
الشكل 1: مخطط تخطيطي للهيكل المستوي لترانزستور تأثير المجال المعدني أكسيد شبه الموصل (MOSFET).
في الماضي، تم تعريف طول بوابة الترانزستور على أنه عرض الخط، بما يتماشى مع أسماء عقدة العملية، حيث كانت الطباعة الحجرية والترسيب والحفر والانتشار عمليات مركزية لتقليل عرض الخطوط.
ومع ظهور هياكل الترانزستور ثلاثية الأبعاد مثل FinFETs وNanosheets، حولت صناعة أشباه الموصلات تركيزها إلى التأكيد على الأداء المعادل. على الرغم من تصنيفها على أنها 14 نانومتر، فإن هذه التقنيات لها أطوال بوابة تتجاوز بكثير 14 نانومتر. على سبيل المثال، تتميز عملية 14 نانومتر من Intel بطول بوابة يبلغ 24 نانومتر، في حين أن عملية TSMC التي تبلغ 7 نانومتر لها طول بوابة يبلغ 22 نانومتر.
من ناحية أخرى، عرض الخط وحده لا يعمل كمعلمة مميزة لقياس كثافة الترانزستور. وذلك لأنه حتى مع عرض الخطوط الصغيرة، إذا كانت المسافة بين البوابات كبيرة، فإن عدد الترانزستورات التي يمكن استيعابها لكل وحدة مساحة يظل محدودًا. لتصوير تصغير المكونات بدقة، هناك مقياس مهم آخر يلعب دورًا، وهو درجة الصوت، كما هو موضح في الرسم البياني أدناه. على سبيل المثال، حيث كان يوجد في السابق 9 ترانزستورات تتناسب مع مساحة وحدة واحدة، فإن تقليل درجة الصوت يسمح باستيعاب 10 ترانزستورات.
الشكل 2: العلاقة بين عرض الخط/طول البوابة، والملعب، ونصف الملعب.
في التسعينيات، قبل 1990 ميكرومتر، تمت محاذاة عقد العملية ونصف الملعب (نصف الملعب) وأطوال البوابة. لكن، اختلاف بين نصف الملعب وطول البوابة والعقد ظهرت بعد ذلك. يمكن ملاحظة العلاقة وتطور العقد، ونصف الملعب، وأطوال البوابة بوضوح من الرسم البياني التالي.
الجدول 1: المراسلات بين عقد العملية وأطوال نصف الملعب والبوابة عبر سنوات مختلفة، الوحدات: نانومتر
بالعودة إلى الموضوع الأولي، عندما نتحدث عن 5 نانومتر، فإننا في الواقع نشير إلى عقدة العملية الخاصة بها بدلاً من عرض الخط الفعلي.
يحب الكثير من الناس أن يقولوا إن قيم النانومتر التي يطالب بها العديد من عمالقة أشباه الموصلات اليوم هي مجرد مصطلحات تسويقية. بالمعنى الدقيق للكلمة، كان هذا صحيحًا بالنسبة لجميع عقد العمليات منذ عشرين عامًا. قبل عشر سنوات، عندما دخلت الصناعة عصر الهياكل ثلاثية الأبعاد بدقة 14 نانومتر FinFET، كسرت تمامًا الارتباط بين العقد ودرجة الميل وطول البوابة وعرض الخط.
وبدون معيار موحد، تستخدم الشركات بطبيعة الحال هذه المصطلحات للتلاعب بالمفاهيم. كانت شركة Samsung رائدة في تصنيع عقدة 14 نانومتر، مما دفع TSMC إلى أن تحذو حذوها بسرعة، على الرغم من أنها وصفتها بشكل متحفظ بأنها 16 نانومتر. فقط شركة Intel، التي نصبت نفسها من أتباع قانون مور، التزمت بعناد باصطلاحات التسمية التقليدية لعرض الخطوط حتى عام 2021 عندما قامت أخيرًا بمراجعة تسمية العقد الخاصة بها لتتوافق مع المنافسين.
ولكن هل هناك مشكلة في هذا؟ في الواقع، ليس هناك أي مشكلة على الإطلاق.
لقد انتقلت الترانزستورات منذ زمن طويل من الهياكل المستوية إلى الهياكل ثلاثية الأبعاد. إذا ترجمنا مفهوم عرض الخط إلى كثافة الترانزستور (MTr/mm2، أي مليون ترانزستور لكل مليمتر مربع)، نجد أن قانون مور لم يختف؛ بل لا يزال يعمل بشكل مختلف - كثافة الترانزستورات لكل وحدة مساحة في ازدياد مستمر. نص قانون مور في الأصل على أن "عدد الترانزستورات لكل شريحة يتضاعف كل 18 شهرًا".
معركة كثافة الترانزستور في صناعة أشباه الموصلات
الأبعاد المميزة المختلفة للترانزستورات متنوعة ومعقدة، ولكل مصنع تعريفات تصميمية مختلفة. وبالتالي، فإن المنتجات من شركات مصنعة مختلفة تستخدم نفس تكنولوجيا المعالجة قد لا تكون قابلة للمقارنة تمامًا.
حاليًا، الطريقة البديهية الوحيدة لمقارنة الاختلافات في عمليات التصنيع هي العودة إلى جوهر قانون مور ومقارنة كثافة الترانزستورات، أي عدد الترانزستورات لكل وحدة مساحة.
الجدول 2: كثافة الترانزستور لكل مليمتر مربع عند العقد المختلفة لمصانع الرقائق الرئيسية، بيانات جزئية مستمدة من جهات خارجية
وفقًا للبيانات الواردة في الجدول، في العقدة 14 نانومتر، تحقق Intel وTSMC وSamsung ما يقرب من 0.3 مليار ترانزستور لكل مليمتر مربع.
بدءًا من 10 نانومتر، أعادت إنتل تسمية 14 نانومتر +++ إلى Intel 10، مع الحفاظ على الاسم محدثًا مع تقليل كثافة الترانزستور إلى أدنى مستوى بين المنافسين. قامت سامسونج بتحسين 10 نانومتر إلى عقدة 8 نانومتر، وهو ما يتوافق تقريبًا مع مستوى TSMC.
في 2018، كانت شركة TSMC رائدة في إنتاج دقة 7 نانومتر باستخدام الطباعة الحجرية المغمورة (1980Ci) والزخرفة الرباعية. واجهت سامسونج بعد مرور عام الطباعة الحجرية بالأشعة فوق البنفسجية ولكنها واجهت مشكلات في الإنتاجية بسبب عدم الإلمام بها، مما دفعها إلى التخلي عن شرائح أوريون الخاصة بها لهواتف سامسونج، واختارت بدلاً من ذلك استخدام شرائح كوالكوم بتكلفة أقل بنسبة 30٪ من TSMC، مع الاحتفاظ بشركة كوالكوم كعميل رئيسي. وفي الوقت نفسه، كانت إنتل لا تزال تضغط على الأداء من 14nm+++، بينما سيطر TSMC على 7 نانومتر.
حقق تطور TSMC بتقنية 7 نانومتر من معالجات N7 وN7P القائمة على تقنية DUV إلى معالجات N7+ وN6 القائمة على تقنية EUV، ارتفاعًا في كثافة الترانزستورات من 0.91 مليار إلى 1.16 مليار. وبلغت كثافة الترانزستورات لشركة سامسونج 0.95 مليار، بينما لم تتجاوز كثافة الترانزستورات لشركة إنتل مليار ترانزستور في عام 1.
وفي عام 2020، أعلنت سامسونج عن إنتاج تقنية 5 نانومتر مع زيادة طفيفة في كثافة الترانزستور من 0.95 مليار إلى 1.27 مليار، وحققت النسخة المحسنة 4 نانومتر 1.37 مليار ترانزستور، أقل من TSMC الأولي البالغ 5 نانومتر عند 1.5 مليار و N4P المحسن عند 1.8 مليار، والذي كان بمثابة ترقية كبيرة من 7 نانومتر. واجهت سامسونج تحديات مماثلة في عقدة 3 نانومتر.
في عام 2021، أعادت إنتل تسمية عقدها: 10 نانومتر أصبحت إنتل 7، 7 نانومتر أصبحت إنتل 4، وتم تحسين العقد الأخرى إلى إنتل 3، إنتل 20A، وإنتل 18A. تهدف خارطة الطريق التي وضعها الرئيس التنفيذي بات جيلسنجر إلى التغلب على ثلاث عقد على مدار خمس سنوات، على الرغم من أن Intel 7 استفادت بالفعل من 10 نانومتر، وتمثل Intel 4 وIntel 3 إصدارات محسنة من نفس العقدة.
بناءً على الفهم الحالي، من المحتمل أن يتأخر تقدم Intel مع Intel 18A حتى عام 2026 على الأقل، في حين يمكن أن يبدأ إنتاج الجيل الأول من تقنية 2nm من TSMC بحلول أواخر عام 2025. من المحتمل أن تعتمد شريحة A19 من Apple في أوائل عام 2025 على معدلات إنتاجية TSMC البالغة 2 نانومتر، بعد إصدارها المبكر للجيل الأول من شريحة 3nm A17 مع تحسن هامشي. والجدير بالذكر أن كثافة N4P وN3B في TSMC كانت 1.8 مليار و1.9 مليار على التوالي، مع مكاسب متواضعة.
قد تغير شركة Apple استراتيجيتها هذا العام، مما يدفع TSMC إلى استكشاف إمكانات 3nm بشكل أعمق. يمثل A18، الذي يعتمد N3P، زيادة في الكثافة من 1.9 مليار إلى 2.8 مليار ترانزستور مقارنة بـ A17، الذي لا يزال 3 نانومتر، مع كثافات منافسة أقل من 1.8 مليار وإنتاجية منخفضة على دفعات صغيرة.
الاتجاه الجدير بالملاحظة هو تمديد قانون مور من 18 إلى 24 شهرًا، والتباطؤ إلى 30 شهرًا بعد 7 نانومتر، مع إنتاج 7 نانومتر في عام 2018، و5 نانومتر في عام 2020، و3 نانومتر في عام 2023، و2 نانومتر المتوقعة في عام 2025، وتتقدم كل عامين إلى ثلاثة أعوام تقريبًا. . من الناحية التكنولوجية، يمكن أن تحافظ دقة 1.4 نانومتر على هذه الوتيرة، ولكن بعد 1 نانومتر، قد يمتد تقدم العقد إلى أكثر من 40 شهرًا. التأثير على عدد الترانزستور بشكل إيجابي أثناء تقليص عرض الخطوط.
على مدار العشرين عامًا القادمة، ستستمر مجاميع ترانزستورات الرقائق في النمو السريع، ومن المحتمل أن تتجاوز توقعات قانون مور الأصلية بشأن طاقة الشريحة الواحدة، والتي تجسدت في توقعات TSMC بوجود تريليون ترانزستور على وحدة معالجة الرسومات خلال العقد المقبل. لن تعتمد التطورات المستقبلية على تحسينات العملية فحسب، بل ستعتمد أيضًا على الهياكل ثلاثية الأبعاد المحسنة والمواد الجديدة ثنائية الأبعاد وتقنيات التغليف المتقدمة بشكل مستمر تعزيز يعد الترانزستور فعالاً.
لقد أصبح الإنتاج الضخم ومعدل العائد منطقة رمادية.
الجدول 3: تمتلك مصانع الرقاقات الرئيسية جدولًا زمنيًا للإنتاج يتراوح بين 32/28 نانومتر و14 نانومتر وفقًا لخارطة طريق التكنولوجيا، مع عقدة إضافية عند 22 نانومتر.
في الماضي، كان كونك أول من قام بالإنتاج بكميات كبيرة ميزة حاسمة في المنافسة الشرسة بين Intel وSamsung وTSMC. كل من يستطيع تحقيق الإنتاج الضخم حصل أولاً على ميزة كبيرة.
ومع ذلك ، اليوم ، هناك تباين كبير في كيفية تعريف كل شركة لعقد العمليات الخاصة بها. على سبيل المثال، في حين أن جميعها تدعي أنها عند 5 نانومتر، إلا أن كثافات الترانزستور يمكن أن تختلف بشكل كبير. ومن هذا المنظور، تشكل إنتل تهديدًا بسيطًا لشركة TSMC، في حين خرجت سامسونج إلى حد كبير من السباق التنافسي.
تتضمن استراتيجية سامسونج التلاعب بمعدلات العائد. ما يشكل عائدًا جديرًا بالإنتاج عند عقدة جديدة هو الجانب الأكثر غموضًا. باتباع نهج TSMC، يتم الإنتاج الحقيقي عندما يقدم العملاء الخارجيون طلباتهم ويتلقون منتجاتهم بنجاح بمستويات الإنتاجية الحالية - وهو مفهوم يُعرف باسم الإنتاج التجاري.
في سامسونج، عادةً ما يكون العملاء الأوليون لكل عقدة جديدة داخليين، حيث يبدأ إنتاج المخاطر عند مراحل منخفضة الإنتاجية بينما يتم الإعلان علنًا عن الإنتاج الضخم.
إن الإعلان عن الإنتاج الضخم على أساس معدلات العائد المكونة من رقم واحد أثناء التطوير هو أمر ترويجي بحت ويفتقر إلى الأهمية الموضوعية. في الحالات التي تكون فيها معدلات العائد غير كافية، يتحمل العملاء عادة تكلفة الرقائق المعيبة. نظرًا للكثافات المتساوية، يفضل العملاء تقديم الطلبات مع الشركة المصنعة التي تقدم أعلى معدلات العائد. في الحالات التي تتأخر فيها معدلات الكثافة والإنتاجية، فإن رسوم العقود المخفضة فقط هي التي يمكن أن تجتذب عملاء متفرقين، ومع ذلك فإن هذا النهج يفشل في تحقيق أي ربح لمصنع الرقائق.
من المهم ملاحظة أن الشركات المصنعة تكشف أحيانًا عن معدلات إنتاجية تصل إلى 60% أو حتى 80%، ولكن هذه الأرقام غالبًا ما تتعلق برقائق أبسط مثل ASICs لأجهزة التعدين. على العكس من ذلك، قد تكون معدلات الإنتاجية للرقائق المعقدة مثل معالجات تطبيقات الهاتف المحمول (APs) أقل من 50%، وبالنسبة للرقائق ذات المساحة الكبيرة مثل وحدات معالجة الرسومات، يمكن أن تزيد قليلاً عن 20%.
حتى مع نفس عملية 7 نانومتر، يمكن أن تختلف معدلات الإنتاجية بشكل كبير اعتمادًا على المنتج. يميل المصنعون إلى إبراز أفضل أرقامهم أثناء ذلك
حجب البيانات الأقل مواتاة، ممارسة صناعية شائعة.
يعد توقيت الإنتاج الضخم ومعدلات العائد في مصانع الويفر بمثابة منطقة رمادية جاهزة للتلاعب. تتجاوز هذه المقارنة معادلة عقدة العملية البسيطة وتتضمن كثافات الترانزستور لكل وحدة مساحة والتوقيت الفعلي ومعدلات الإنتاج المطلوبة لتأمين طلبات العملاء التجارية - وهذا يحدد الإنتاج التجاري الحقيقي.
في عام 2020، أعلنت سامسونج عن إنتاج كميات كبيرة من رقائق 5 نانومتر، متفوقة على ما يبدو على منافسيها. ومع ذلك، فإن مقارنة كثافات الترانزستورات ومعدلات الإنتاجية تكشف عن نتيجة مختلفة تمامًا.
كيف يمكننا تحقيق 5 نانومتر بدون EUV？
ناقشنا في الأقسام السابقة مفاهيم 5nm في الماضي والحاضر. ببساطة، قبل 20 عامًا، كانت الإشارة إلى 5 نانومتر تعني عرض خطوط وأطوال بوابات الترانزستورات. ومع ذلك، تمثل تقنية 5 نانومتر اليوم عقدة رمزية في عملية التصنيع. يكمن المقياس الحقيقي للتقدم في كثافة الترانزستور لكل وحدة مساحة وليس في هذا الرمز فقط.
بعد ذلك، سنشرح من خلال سلسلة من المناقشات كيفية تحقيق ما يسمى بـ "5 نانومتر" و"3 نانومتر" بدون الطباعة الحجرية بالأشعة فوق البنفسجية. تقدم محاضرة الدكتور لين بينجيان بعنوان "الطباعة الحجرية الدقيقة الضوئية تقلص الدوائر المتكاملة مليون مرة" رؤى مفصلة حول هذا الموضوع. سنبدأ بصيغة دقة بصرية أساسية (تلميح: لا حاجة إلى عمليات حسابية متقدمة، استمر في القراءة لتفهم):
نصف الملعب = k1lect / sinθ.
نصف الملعب: كما هو موضح في الشكل 2 من المقال، يشير إلى نصف الملعب، وهو عرض الخط/طول البوابة بالإضافة إلى المسافة بين السطور، مضروبة في 1/2.
k1: معامل مرتبط بالعملية، وهو أمر بالغ الأهمية لتقليل نصف درجة الصوت، وهو المحور الأساسي لجميع مهندسي الطباعة الحجرية لأشباه الموصلات وجوهر مناقشتنا.
γ: الطول الموجي لمصدر الضوء المستخدم في الطباعة الحجرية، والذي انخفض من 436 نانومتر لخط g إلى 13.5 نانومتر لـ EUV، وهو هدف يسعى إليه مصنعو معدات الطباعة الحجرية.
sinθ: تتعلق بالزاوية التي تركز بها العدسة الضوء على مستوى التصوير، والتي تحددها العدسة نفسها في المقام الأول، وهو أيضًا هدف لمصنعي معدات الطباعة الحجرية.
ومع ذلك، نظرًا لأن الطول الموجي للضوء يتغير في الوسائط المختلفة، عند التفكير في كيفية زيادة الدقة، يجب أيضًا أخذ مؤشر الانكسار (n) للوسط بين العدسة والرقاقة في الاعتبار. وهكذا تصبح الصيغة نصف الملعب = k1lect / (n sinθ) (ملاحظة: n sinθ هي الفتحة العددية (NA) لأداة الطباعة الحجرية).
الشكل 3: رسم تخطيطي لتركيز الضوء والتصوير من خلال نظام العدسات، حيث يمثل n معامل الانكسار للوسط، ويمثل θ زاوية التركيز للعدسة.
باستخدام آلة الطباعة الحجرية المغمورة بطول 193 نانومتر كمثال، بقيمة k1 تبلغ 0.28، ومعامل انكسار (n) للماء يساوي 1.44، وsinθ يساوي 0.93، فإن حساب نصف الملعب هو (0.28 × 193) / (1.44 × 0.93) = 54.04 / 1.3392 ≈ 40 نانومتر، مما يشير إلى دقة 40 نانومتر.
ولذلك، لتعزيز دقة آلات الطباعة الحجريةيمكن إجراء التعديلات على المتغيرات في الصيغة عن طريق توسيع المقام أو تقليل البسط، مما يؤدي إلى أربعة احتمالات: زيادة زاوية التركيز لتحسين sinθ، أو رفع معامل الانكسار (n) للوسط، أو خفض معامل k1، أو استخدام مصدر ضوء بمصدر ضوء أقصر. الطول الموجي (π). ومن بين هذه الخيارات، يبرز تخفيض معامل k1 باعتباره واحدًا من أهم الإنجازات التي تسعى إليها حاليًا أشباه الموصلات المصنوعة ويستحق الاهتمام المركّز.
زيادة الخطيئةθ: تطوير العدسات المعقدة والكبيرة
يتم تحديد sinθ بالزاوية التي تركز فيها العدسة الضوء، وتتوافق قيمة sinθ الأعلى مع الدقة الأعلى. العدسات المستخدمة في آلات الطباعة الحجرية تأتي بأحجام وسماكات وانحناءات مختلفة. يتم تكديسها وتجميعها بدقة بعد حسابات دقيقة، وغالبًا ما تتطلب تركيب رافعة. حاليًا، تبلغ تكلفة أنظمة العدسات الخاصة بآلات الطباعة الحجرية ما يقرب من 60 مليون دولار، وتتجاوز أنظمة العدسات ذات الأشعة فوق البنفسجية 100 مليون دولار.
الشكل 4: نظام عدسة آلة الطباعة الحجرية 0.9NA، حيث NA (الفتحة العددية) = n × sin θ
إن جعل الأمر معقدًا جدًا يهدف أيضًا إلى دفع sinθ إلى أقرب حد ممكن من الحد الأقصى النظري وهو 1.
في الوقت الحالي، يمكن لعدسات آلات الطباعة الحجرية ArF تحقيق قيمة sinθ تبلغ 0.93، بينما يمكن لآلات الطباعة الحجرية EUV أن تصل إلى 0.33 فقط. الهدف لـ Hyper-NA EUV هو 0.75، وهو أيضًا الهدف النهائي لـ ASML. إذا لم تظهر أي إنجازات تكنولوجية جديدة في المستقبل، فمن المحتمل أن يمثل ذلك نهاية تكنولوجيا الطباعة الحجرية الفيزيائية لرقائق أشباه الموصلات.
تقصير الطول الموجي: المطابقة الدقيقة للمواد والعدسات.
يعتمد تقصير الطول الموجي في المقام الأول على تغيير مصدر الضوء، مثل g-line، وi-line UV (الأشعة فوق البنفسجية)، وKrF، وArF DUV (الأشعة فوق البنفسجية العميقة)، وحاليًا، EUV (الأشعة فوق البنفسجية القصوى) بطول موجة يبلغ 13.5 نانومتر. يؤدي المزيد من تقصير الطول الموجي إلى ظهور الأشعة السينية.
يسمح تغيير مصدر الضوء بتحقيق الطول الموجي المطلوب، ولكن يجب أيضًا تعديل مواد العدسات وفقًا لذلك، مع توفر خيارات أقل للمواد مع انخفاض الأطوال الموجية.
يتضمن الحل الآخر دمج المرايا في مجموعة العدسات (القسم الأصفر في الرسم البياني أدناه). تُعرف مجموعات العدسات هذه بالأنظمة البصرية العاكسة والانكسارية. بغض النظر عن الطول الموجي للضوء، فإن زوايا السقوط والانعكاس على أسطح المرآة متساوية. ومن خلال استبدال العدسات بالمرايا، يمكن زيادة التسامح مع عرض النطاق الترددي لموجة الضوء.
الشكل 5: نظام العدسات المستخدم في آلات الطباعة الحجرية 193 نانومتر ArF، والذي يتضمن مرايا بين مجموعات العدسات كما هو موضح في الرسم التخطيطي.
عندما يتعلق الأمر بالطول الموجي 13.5 نانومتر للأشعة فوق البنفسجية، يستخدم نظام العدسات بأكمله مرايا، تُعرف بالنظام البصري العاكس الكامل. ويجب أن يكون هذا النظام مصمماً بحيث يسمح بمرور أشعة الضوء دون إعاقة المرايا. بالإضافة إلى ذلك، بالمقارنة مع التسامح مع الأخطاء في زوايا نقل العدسة، تتطلب زوايا انعكاس المرآة دقة أكبر بكثير.
لا يؤثر تغيير مصدر الضوء على مواد العدسة فحسب، بل يشمل أيضًا المواد المستخدمة في مقاومات الضوء، بما في ذلك الخواص الكيميائية والشفافية والحساسية للضوء وغيرها من الخصائص. وهذا يشكل مهمة كبيرة، تتطلب العديد من المواد والتركيبات لمعالجة طبقات مختلفة في عملية التصنيع. من بين هذه الأمور، تعد الحساسية للضوء أمرًا بالغ الأهمية للتصنيع الفعال من حيث التكلفة، حيث إن مجرد بضع ثوانٍ إضافية من وقت التعرض لكل شريحة يعتبر تكلفة لا تطاق.
زيادة معامل الانكسار ( ن ): تكنولوجيا الطباعة الحجرية الغمرية
في السعي لتعزيز الدقة، هناك نهج آخر يتضمن ضبط الوسط بين العدسة والرقاقة. تحل تقنية الطباعة الحجرية المغمورة، التي اقترحها نائب مدير الأبحاث في TSMC، لين بينجيان، محل الوسط الموجود في الهواء، والذي لديه معامل انكسار قريب من 1، مع الماء، الذي لديه معامل انكسار يبلغ 1.44. يؤدي هذا إلى تقليل الطول الموجي المكافئ بشكل فعال من 193 نانومتر إلى 134 نانومتر تقريبًا، ويتم قياسه بواسطة معامل الانكسار للوسط.
الشكل 6: الاختلافات بين أنظمة الطباعة الحجرية الجافة وأنظمة الطباعة الحجرية الغاطسة
تتيح تقنية الطباعة الحجرية المغمورة لعمليات أشباه الموصلات الاستمرار في استخدام نفس الطول الموجي والأقنعة عن طريق إدخال الماء ببساطة بين العدسة والرقاقة. النظرية واضحة ومباشرة، لكن التحدي يكمن في التنفيذ العملي. على سبيل المثال، في أنظمة الغمر، يمكن أن تتشكل فقاعات الهواء في الماء DI (الماء منزوع الأيونات)، والتي يجب إزالتها بالكامل. علاوة على ذلك، يجب أن يتدفق الماء بسرعة وبشكل موحد لضمان التوزيع المتساوي والحفاظ على جودة التصوير.
كما تعلمنا، خضعت آلة الطباعة الحجرية الغاطسة من ASML، أداة Alpha، لـ 7-8 تعديلات على وجه التحديد مع فريق Lin Benjian في منشأة Nanke التابعة لشركة TSMC على مدى أكثر من عامين. حتى بعد الانتهاء من جهاز ألفا، تطلب الإصدار التجريبي قوى عاملة كبيرة في مصنع الرقاقات لمعالجة عدد لا يحصى من الرقاقات، مما أدى إلى تقليل العيوب الأولية من الآلاف إلى المئات أو العشرات، وفي النهاية إلى الصفر. وكانت هذه العملية شاقة ومتطلبة.
الحد من k1: تقنيات تحسين القرار (RET).
النهج الأخير لتحسين الدقة هو تقليل قيمة k1، وهو أمر بالغ الأهمية لمهندسي عمليات الطباعة الحجرية في مصانع أشباه الموصلات، خاصة لإنشاء شرائح 5 نانومتر باستخدام DUV (Deep فوق بنفسجي) الطباعة الحجرية.
التحدي الأول الذي يجب معالجته هو "منع الاهتزاز"، على غرار تثبيت الصورة في التصوير الفوتوغرافي، حيث يتم بذل الجهود لتقليل الاهتزازات النسبية بين الرقاقة والقناع أثناء التعرض. وهذا يضمن أنماط تعريض أكثر دقة ويستعيد الدقة المفقودة بسبب الاهتزازات. التحدي الثاني هو "التقليل من الانعكاسات غير المرغوب فيها" بهدف القضاء على الانعكاسات غير الضرورية من سطح الرقاقة أثناء التعرض. أظهرت التحسينات في هذه المعلمات أنه يمكن التحكم في k1 إلى حوالي 0.65.
لتعزيز الدقة بشكل أكبر، يتم استخدام تقنيات التصوير ثنائي الشعاع، بما في ذلك الإضاءة خارج المحور وأقنعة تحويل الطور. تعمل الإضاءة خارج المحور على ضبط زاوية سقوط الضوء، مما يسمح للضوء المائل بالدخول إلى القناع. ومن خلال ضبط هذه الزوايا، يؤدي التداخل بين هذين الشعاعين إلى تحسين الدقة وزيادة عمق المجال. تقوم أقنعة تحويل الطور بتعديل القناع لإدخال فرق طور قدره 180 درجة بين الضوء الذي يمر عبر المناطق الشفافة المجاورة. يمكن لكلا الطريقتين خفض قيمة k1 إلى النصف بشكل فردي، لكنهما يقعان ضمن مفهوم التصوير ثنائي الشعاع ولا يمكن استخدامهما معًا. يمكن لهذه الطرق عادةً تقليل k1 إلى حوالي 0.28.
يتضمن التخفيض الإضافي لـ k1 استخدام أقنعة متعددة، تُعرف باسم الزخرفة المتعددة، وهي تقنية يتم فيها تقسيم الأنماط المعقدة بين قناعين أو أكثر بأنماط أكثر مرونة، وتناوب التعريضات على الرقاقة (كما هو موضح في الشكل 7).
الشكل 7: رسم تخطيطي للأقنعة المستخدمة في آلة الطباعة الحجرية مقاس 28 نانومتر. يمر الضوء عبر فتحات بيضاء، ويسقط نقاطًا صفراء على مقاوم الضوء الموجود على الرقاقة. باستخدام قناعين لتعرضات منفصلة، يتم تحقيق تحسين الدقة.
ومع ذلك، فإن مضاعفة أوقات التعرض تؤدي إلى خفض معدل إخراج الرقاقة في الساعة (WPH) إلى النصف، على افتراض أنها تظل دون تغيير. تؤدي التعرضات المتعددة أيضًا إلى انخفاض معدلات الإنتاجية. وعندما يقترن هذا بانخفاض الناتج، فإنه يخلق عبئا لا يطاق على صناعة أشباه الموصلات، التي تقدر كفاءة التكلفة قبل كل شيء. تؤدي أوقات التعرض المتزايدة حتمًا إلى انخفاض الإنتاجية، مما يجعل معدلات الإنتاجية هي الطريقة الوحيدة التي يمكن للمهندسين من خلالها إنقاذ أنفسهم.
في آلات الطباعة الحجرية الغاطسة، يمكن أن يؤدي استخدام تقنيات مثل تصحيح القرب البصري (OPC) والتحسين المشترك لمصادر الضوء والأقنعة إلى دفع قيم k1 إلى 0.2، مما يحقق دقة تبلغ 28 نانومتر. مع التعرض المزدوج، يمكن تقليل k1 من 0.28 إلى 0.14، مما يحقق دقة تبلغ 20 نانومتر. يمكن أن يؤدي التعرض الرباعي إلى تقليل k1 إلى 0.07، مما يحقق دقة تبلغ حوالي 10 نانومتر، بل ويتجاوز دقة 11.5 نانومتر لآلات الطباعة الحجرية بالأشعة فوق البنفسجية. يشكل هذا الأساس النظري للطباعة الحجرية المغمورة التعرض المتعدد النهج في تحقيق العقد 7nm، 5nm، وحتى 3nm.
الجدول 4: الحلول النظرية القابلة للتحقيق باستخدام تقنيات مختلفة لتعزيز الدقة لآلات الطباعة الحجرية الغمرية مقاس 193 نانومتر
في حين أن النظرية تبدو بسيطة، إلا أن تطبيقها العملي أبعد ما يكون عن السهولة، خاصة مع التكنولوجيا الهامة للنمذجة المتعددة ذاتية الانحياز (SAMP)، والتي تسمح بتخفيض كبير في قيم k1. يكمن مفتاح هذه التقنية في دقة التراكب لآلات الطباعة الحجرية، وتحديد دقة المحاذاة بين طبقات الرقائق وبالتالي التأثير على إنتاجية التعريضات المتعددة.
إحدى الطرق لتحسين دقة التراكب هي الحصول على أعلى دقة المعدات، مثل آلة الطباعة الحجرية 2100i DUV. بالإضافة إلى ذلك، تمتلك كل شركة مصنعة لأشباه الموصلات مجموعة فريدة من التقنيات. في الوقت الحالي، تعد TSMC الشركة الوحيدة في جميع أنحاء العالم التي يمكنها تحقيق تراكب آلة واحدة تقريبًا (DCO) باستخدام تراكب آلة متعددة (MMO)، بصرف النظر عن أداء آلة الطباعة الحجرية. هناك نوعان من البيانات كمرجع: تستخدم TSMC آلة طباعة حجرية MMO:2.5nm 1980ci ذات إنتاجية تعريض رباعي تتجاوز 80%، بينما حقق مصنع البر الرئيسي الذي يستخدم MMO:1.5nm 2050i والتعريض الرباعي إنتاجية تقترب من 50% بعد عامين من الجهود المتواصلة.
في العام الماضي، أصدر مركز الإلكترونيات الدقيقة المشترك بين الجامعات (IMEC) في بلجيكا مخططًا تقنيًا لتحقيق دقة 5 نانومتر باستخدام آلات الطباعة الحجرية الغاطسة ذات التعريض الثماني.
وفي طرق تكنولوجية أخرى، قامت IMEC وMentor بشكل مشترك بتطوير تقنية الطباعة الحجرية والنقش الذاتي (SALELE)، والتي لا تتطلب معادن ومكثفات إضافية زائدة عن الحاجة. واستكشفوا أيضًا طريقة الطباعة الحجرية التي تتجاوز استخدام القناع التقليدي من خلال التركيز على أبحاث المواد، وتوليف البوليمرات أولاً ثم تحفيز تفاعلات كيميائية محددة من خلال التسخين لتحقيق "التجميع الذاتي الموجه" (DSA)، وتشكيل هياكل ربع الحجم الأصلي.
علاوة على ذلك، نظرًا لسهولة امتصاص الأشعة فوق البنفسجية وعدم القدرة على زيادة معامل الانكسار (قيمة n) مثل DUV مع الغمر بالماء، فإن ASML يتحسن من خلال High-NA وHyper-NA لتعزيز sinθ، لكن هذا المسار سيصل في النهاية إلى حدوده. لذلك، في عملية تصنيع أشباه الموصلات، يظل تقليل k1 بشكل كبير من خلال التعرضات المتعددة تقنية مهمة، بغض النظر عما إذا كانت DUV أو EUV. وهذا يسلط الضوء أيضًا على الأهمية المتزايدة للترسيب و خرط المعدات. تعمل كل من AMAT وLAM وTEL بقوة على تطوير التقنيات ذات الصلة، بما في ذلك النبضات الأكثر تعقيدًا والتحكم الدقيق وأدوات الطاقة الأعلى، وخاصة تكنولوجيا ترسيب الطبقة الذرية وحفرها، والتي ستغير مسارات العمليات التقليدية.
بالعودة إلى جدول كثافة الترانزستور في الجزء الثاني من المقالة، ما إذا كانت العقد المستقبلية تحمل علامة "3nm" أو "N+4" ليس محور الاهتمام؛ ما يهم هو ما إذا كان من الممكن زيادة كثافة ترانزستور الشريحة بشكل كبير.
التوصيات ذات الصلة
粤公网安备44030002007346号