Gần đây, công nghệ nguồn sáng SSMB-EUV do Đại học Thanh Hoa đề xuất đã thu hút được sự quan tâm lớn của công chúng. Một tuyên bố cho rằng Trung Quốc có thể chế tạo máy gia tốc để tạo ra nguồn sáng EUV và các tần số nguồn sáng khác nhau có thể được sử dụng cho các quy trình chip khác nhau như 28nm, 14nm, 7nm và 5nm. Thay vì dựa vào các máy in thạch bản EUV của ASML, ý tưởng là sử dụng các "nhà máy nguồn sáng" để phá vòng phong tỏa của Mỹ bằng tư duy đổi mới bất ngờ. Khái niệm này “dễ hiểu” và có cảm giác như có hy vọng cho các máy in thạch bản tiên tiến trong nước.

Sự quan tâm của công chúng đối với nguồn sáng bức xạ đồng bộ phức tạp SSMB-EUV về cơ bản được thúc đẩy bởi mong muốn phá vỡ sự phong tỏa công nghệ của Hoa Kỳ và công nghiệp hóa hoạt động nghiên cứu của Tsinghua, từ đó giúp sản xuất chip nội địa hiệu suất cao.

Bài viết này tập trung vào góc độ kỹ thuật công nghiệp để giới thiệu một số chi tiết kỹ thuật liên quan đến sản xuất chip và in thạch bản. Nó cũng giải thích các nguyên tắc khoa học đằng sau SSMB, EUV và bức xạ đồng bộ. Sau khi hiểu đầy đủ các chi tiết kỹ thuật kỹ thuật và nguyên tắc khoa học, chúng ta có thể đánh giá đúng các khái niệm thú vị như “nhà máy nguồn sáng”.

Điểm chính của bài viết này:

1. Máy in thạch bản SSMB-EUV có nền tảng công nghệ. Trung Quốc đã thực sự đầu tư vào R&D và đây thực sự là hướng phát triển cho các máy in thạch bản trong tương lai.

2. Phân tích quy trình sản xuất chip bằng máy in thạch bản DUV và EUV, yêu cầu về hiệu suất của máy in thạch bản trong sản xuất công nghiệp nằm ngoài sức tưởng tượng của người thường.

3. Máy in thạch bản SSMB-EUV cần khắc phục những khó khăn kỹ thuật gì? Chúng ta không nên cho rằng tìm được hướng đi tốt sẽ giúp việc đột phá công nghệ máy in thạch bản trở nên dễ dàng.

I. Kiến thức về ngành sản xuất chip 

Để tạo ra một loại bóng bán dẫn nhất định, chúng tôi giới thiệu silicon hóa trị bốn pha tạp một lượng nhỏ boron hóa trị ba và phốt pho hóa trị năm để tạo ra điểm nối PN, sau đó thêm oxit kim loại làm cổng điều khiển. Bằng cách sắp xếp một số lượng lớn bóng bán dẫn dày đặc trên một tấm wafer và kết nối chúng theo một thiết kế cụ thể, chúng ta có thể tạo ra một con chip. Bước quan trọng nhất trong sản xuất chip là xử lý tấm bán dẫn, diễn ra trong nhà máy FAB. Trên một tấm bán dẫn silicon có độ tinh khiết cao, từng con chip (khuôn) trần giống hệt nhau được sản xuất lần lượt. Trước đó, tấm wafer silicon cần phải được sản xuất, sau đó, khuôn được cắt, đóng gói, thử nghiệm và lắp ráp bằng chốt. Độ khó của các quá trình này là tương đối thấp.

Đầu tiên và quan trọng nhất, điều quan trọng là phải hiểu rằng sản xuất chip trong các ứng dụng công nghiệp có quy mô lớn để giữ chi phí ở mức thấp. Ví dụ, chip điện thoại thông minh phổ biến gần đây có số lượng ước tính là 10 triệu chiếc. Do nhu cầu tăng cao nên số lượng này đã tăng lên 15-17 triệu chiếc, thậm chí còn tăng lên 20 triệu chiếc.

Làm thế nào có thể sản xuất hàng chục triệu con chip trong một khoảng thời gian tương đối ngắn? Chìa khóa nằm ở khả năng tạo ra một số lượng lớn khuôn giống hệt nhau trên một tấm bán dẫn. Lấy một tấm wafer 12 inch (nói đến inch thì cũng có loại 8 inch và 6 inch) làm ví dụ, đường kính của nó xấp xỉ 300 mm, với diện tích là 70,659 mm vuông. Các chip tiên tiến có thể đạt được mật độ bóng bán dẫn đáng kinh ngạc là 100 triệu bóng bán dẫn trên mỗi milimet vuông. Một con chip duy nhất chứa hàng tỷ bóng bán dẫn và thực hiện các chức năng phức tạp như băng cơ sở 5G và SOC di động. Giả sử diện tích khuôn là 140 mm vuông, một tấm bán dẫn có thể chứa khoảng 500 khuôn.

Khái niệm “sản lượng” rất quan trọng trong sản xuất chip. Nói một cách đơn giản, nếu trong số 500 khuôn này, 400 khuôn được phát hiện là có chức năng và chất lượng sau khi xử lý tại nhà máy FAB thì hiệu suất là 80%. Mặc dù hiệu suất chế tạo chip tiên tiến đôi khi không cao lắm nhưng cũng không quá thấp vì điều đó sẽ khiến nó không khả thi về mặt thương mại. Giả sử ước tính thận trọng là 50%, một tấm bán dẫn vẫn phải có hơn 200 khuôn chức năng.

Năng lực sản xuất của một nhà máy FAB thường được đo bằng số lượng hàng nghìn tấm bán dẫn mà nó có thể xử lý mỗi tháng, dao động từ 10,000 đến 100,000 tấm bán dẫn. Nếu công suất là 10,000 tấm wafer mỗi tháng, với 200 khuôn chức năng trên mỗi tấm wafer, nghĩa là sẽ có 2 triệu chip được sản xuất trong một tháng, dẫn đến sản lượng trên 20 triệu chip trong một năm.

Còn tiếp...