Recentemente, a tecnologia de fonte de luz SSMB-EUV proposta pela Universidade Tsinghua atraiu grande interesse público. Uma alegação é que a China pode construir aceleradores para gerar fontes de luz EUV, e diferentes frequências de fontes de luz podem ser usadas para vários processos de chip, como 28nm, 14nm, 7nm e 5nm. Em vez de confiar nas máquinas de litografia EUV da ASML, a ideia é usar “fábricas de fontes de luz” para quebrar o bloqueio dos EUA com um pensamento inovador inesperado. Este conceito é “fácil de entender” e parece que há esperança para máquinas litográficas domésticas avançadas.

O interesse do público na complexa fonte de luz de radiação de sincronização, SSMB-EUV, é fundamentalmente motivado pelo desejo de quebrar o bloqueio tecnológico dos EUA e industrializar a investigação da Tsinghua, ajudando assim a produzir chips nacionais de alto desempenho.

Este artigo enfoca a perspectiva da engenharia industrial para apresentar alguns detalhes técnicos relevantes da fabricação de chips e litografia. Também explica os princípios científicos por trás do SSMB, EUV e da radiação de sincronização. Depois de compreender detalhes técnicos de engenharia e princípios científicos suficientes, podemos avaliar adequadamente conceitos interessantes como a "fábrica de fontes de luz".

Pontos principais deste artigo:

1. As máquinas de litografia SSMB-EUV possuem formação tecnológica. A China já fez investimentos reais em P&D e é de fato uma direção de desenvolvimento para futuras máquinas de litografia.

2. Analisando o processo de fabricação de chips usando máquinas de litografia DUV e EUV, os requisitos para o desempenho da máquina de litografia na produção industrial estão além da imaginação das pessoas comuns.

3. Quais são as dificuldades técnicas que as máquinas de litografia SSMB-EUV precisam superar? Não devemos presumir que encontrar uma boa direção facilitará o avanço da tecnologia da máquina de litografia.

I. Conhecimento sobre a indústria de fabricação de chips 

Para fazer um certo tipo de transistor, introduzimos silício tetravalente dopado com uma pequena quantidade de boro trivalente e fósforo pentavalente para criar uma junção PN e, em seguida, adicionamos um óxido metálico como porta de controle. Organizando densamente um grande número de transistores em um wafer e conectando-os de acordo com um projeto específico, podemos criar um chip. A etapa mais crítica na fabricação de chips é o processamento do wafer, que ocorre em uma fábrica da FAB. Em um wafer de silício altamente puro, chips idênticos (matrizes) são produzidos um por um. Antes disso, o wafer de silício precisa ser fabricado e, em seguida, as matrizes são cortadas, embaladas, testadas e montadas com pinos. A dificuldade desses processos é relativamente baixa.

Em primeiro lugar, é importante compreender que a produção de chips em aplicações industriais é enorme em escala para manter os custos baixos. Por exemplo, o popular chip de smartphone recente tem uma quantidade estimada de 10 milhões de unidades. Devido ao aumento da procura, esta quantidade aumentou para 15-17 milhões de unidades e aumentou ainda mais para 20 milhões de unidades.

Como podem ser fabricadas dezenas de milhões de chips num período de tempo relativamente curto? A chave está na capacidade de produzir um grande número de matrizes idênticas em um único wafer. Tomando como exemplo um wafer de 12 polegadas (referindo-se a polegadas, também existem os de 8 e 6 polegadas), seu diâmetro é de aproximadamente 300 milímetros, com área de 70,659 milímetros quadrados. Chips avançados podem atingir uma impressionante densidade de transistores de 100 milhões de transistores por milímetro quadrado. Um único chip contém bilhões de transistores e executa funções complexas, como banda base 5G e SOC móvel. Supondo que a área de uma matriz seja de 140 milímetros quadrados, um wafer pode acomodar cerca de 500 matrizes.

O conceito de “rendimento” é crucial na fabricação de chips. Simplificando, se dessas 500 matrizes, 400 forem consideradas funcionais e qualificadas após o processamento na fábrica da FAB, o rendimento será de 80%. Embora o rendimento da fabricação avançada de chips às vezes não seja muito alto, também não é muito baixo, pois isso o tornaria comercialmente impraticável. Assumindo uma estimativa conservadora de 50%, um wafer ainda deve ter mais de 200 matrizes funcionais.

A capacidade de produção de uma fábrica da FAB é geralmente medida por quantos milhares de wafers ela pode processar por mês, variando de 10,000 a 100,000 wafers. Se a capacidade for de 10,000 wafers por mês, com 200 matrizes funcionais por wafer, isso significa que serão produzidos 2 milhões de chips em um mês, resultando em mais de 20 milhões de chips em um ano.

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