ההבטחות והאתגרים של האיחוד האירופי בכל העולם

אחת הסיבות שהסתקרנתי כל כך לבקר ב- GlobalFoundries מוקדם יותר החודש הייתה בגלל ההזדמנות לראות מכונת ליטוגרפיה של EUV במקום ולשמוע כיצד החברה מתכננת להשתמש בה.

לא מזמן הייתה לי הזדמנות לבקר במפעל בקונטיקט, שם ASML בונה רבים מהרכיבים למכונת EUV כזו. כלים עצומים אלה משתמשים באור אולטרה סגול (EUV) קיצוני שהאיר דרך מסכה כדי לתאר את הקווים עבור תכונות קטנות מאוד של שבבים, והם חלק מהמכונות המורכבות ביותר בעולם. הם נועדו לתפוס את מקומם של מכונות ליתוגרפיה לטבילה סטנדרטית שכעת, המשתמשות באור באורך גל של 193 ננומטר בשכבות מסוימות של תהליך ייצור השבבים.

אם לאמר, מכונה EUV מסובכת להפליא. כפי שהסביר זאת ג'ורג 'גומבה, סגן נשיא למחקר טכנולוגי ב- GlobalFoundries, התהליך מתחיל בלייזר CO2 בנפח של 27 קילוואט שנורה באמצעות מערכת הובלה ומיקוד של טיפות על טיפות פח זעירות (בקוטר 20 מיקרון) המיוצרים על ידי גנרטור טיפות. בכלי פלזמה. הדופק הראשון משטף את הטיפה והשני מאדה אותו ויוצר פלזמה המיוצרת בלייזר (LPP). פוטונים של האיחוד האירופי הנפלטים מהפלזמה נאספים על ידי מראה מיוחדת המשקפת אור באורך גל של 13.5 ננומטר וכי הקרינה מועברת לנקודת מיקוד ביניים בה היא נכנסת לסורק ומוקרנת דרך מסכה על גבי רקמת הסיליקון. גומבה, העובד במתקן אלבני ננוטק, אמר כי הוא עובד עם מערכות ייצור EUV מאז 2013, וכעת הוא מצפה ש- EUV תהיה בייצור מלא ב- GlobalFoundries עד למחצית השנייה של 2019.

כלים אלה כל כך מורכבים שהם דורשים חודשים של עבודה רק כדי להכין אותם להתחיל בייצור. בפאב 8 של החברה במלטה, ניו יורק, ראיתי את שני הכלים הראשונים של EUV שהותקנו; האחד כמעט שלם והשני נמצא בתהליכי ייצור, ועדיין יש מקום לשניים נוספים.

השגת כלי ה- EUV בבניין עצמו הייתה פעולה מורכבת. המופלא הראשי נחתם לראשונה; ואז הותקן מנוף בתקרה, וחור שנחתך בצד הבניין כדי להזיז את המערכת החדשה האדירה פנימה. ואז, כמובן, היה צריך לחבר אותה לכלים האחרים במפעל. זה כרוך בעבודה הן בסאב-פאב, שהיה צריך להיות מוגדר לכלי המקור שיוצר את הלייזר המשמש בתהליך, כמו גם בחדר הניקיון עצמו. הכל היה צריך להיעשות תוך שמירה על שאר המופלאים במלוא המהירות.

טום קולפילד, מנהל צוות SVP ומנכ"ל Fab 8, השווה את זה ל"ניתוח לב בזמן ריצה של מרתון."

מעמד ה- EUV - ומה שעדיין צריך להיפתר

גארי פאטון, CTO ו- SVP של המו"פ והפיתוח העולמי של GlobalFoundries, אמר כי 7nm ייצא השנה בייצור סיכונים בפאב 8, ובייצור מלא בשנה הבאה, תוך שימוש בליטוגרפיה טבילה וביצירת מרובע, אך לא EUV. ריבוי דפוסי אורך זמן רב יותר מכיוון שהוא כרוך בצעדים רבים יותר, ונושאים יכולים להתעורר עקב ההתאמה המדויקת הנחוצה בכל שלב, אך כלי הליטוגרפיה הללו נפוצים, מובנים היטב ומוכנים כיום. התוכנית היא בהמשך להציע גרסה של תהליך 7nm באמצעות כלי EUV החדשים.

EUV "לא מוכן היום", אמר פאטון, תוך שהוא מציין סוגיות עם כוח מקור, מתנגד לחומרים והמסיכות, במיוחד עם התפתחות האגן הנכון (סרט דק שעובר על המסכה או רשת הזווית).

נכון לעכשיו, מכונות ה- EUV אינן מהירות, כאשר מהנדס אחד מסביר כי הם יכולים לייצר כ- 125 וופלים לשעה, לעומת כ- 275 וופלים לשעה עבור ליטוגרפיה טבילה. הם יכולים למעשה לחסוך זמן, מכיוון שאם התהליך מקטין את מספר המעברים לרב דפוסים, זה לא רק חוסך צעדים בליטוגרפיה, אלא גם בתחריט והכנה. לפיכך, EUV אמור לעלות פחות כדי לרוץ כשהוא מוכן, אמר קולפילד.

גומבה ציין כי הרעיון הוא לא רק להפחית 3 או 4 שכבות של ליטוגרפיה אופטית, אלא גם להפחית צעדים רבים אחרים, מכיוון שבין כל שלב ליתוגרפיה יש גם תחריט ועיבוד אחר על הוופל. המטרה, אמרה גומבה, היא לצמצם את זמן המחזור עד 30 יום.

נקודת המעבר היא ככל הנראה דפוס מרובע, אך הרבה תלוי בתפוקה (שיש לשפר, מאחר וצעדים בליטוגרפיה של EUV צריכים להיות בעלי פחות שונות משלבי ליטוגרפיה טבולים מרובים) ובשיפור זמן המחזור. EUV אמור לאפשר גם למעצבי השבבים לפעול בתנאים הרבה פחות מגבילים.

אך גם הוא ציין כי נותרו כמה סוגיות שנפתרות, במיוחד כשמדובר באגן. מהנדס אחר הסביר כי קרינת 13.5 ננומטר המשמשת את EUV נקלטת כמעט בכל דבר, ולכן פנים המכונה צריך להיות ואקום. עם EUV, חלק גדול מהכוח לא עובר ברשתית (המסכה), אלא במקום זאת מחמם אותה. האגן מסייע בהגנה על המסכה, אך עדיין יש לבצע עבודות בכדי לשפר את כמות האור העוברת דרך האגן (העברה), כמו גם את אורך החיים של האגן. זה בתורו ישפיע על התפוקה, כמו גם על אורך החיים של המסכות וזמן הפעולה של המכונה הכוללת.

כתוצאה מכך, אמר פטון, החברה תציע בתחילה כיווץ של 7 ננומטר עם EUV, שישמש בעיקר למגעים וקיום חיים. זה לבד עשוי לספק עלייה של 10 עד 15 אחוז בצפיפות ללא השקעה גדולה בעיצוב. כאשר הבעיות נפתרות, אמר פאטון, EUV יכול וישתמש בכמה רבדים רבים יותר. (ג'ואל הרוסקה מ- ExtremeTech , שהיה גם הוא בסיבוב ההופעות, פרט כאן יותר.)

פטון ציין כי על ASML לקבל "אשראי אדיר" על כך שדחף את EUV ככל שניתן, ואמר שהוא "הישג מדהים של הנדסה". כשנשאל אם GlobalFoundries באמת מחויב לבצע EUV, קאלפילד השיב כי החברה השקיעה 600 מיליון דולר, מה שאומר "צריך לעשות את זה".

FDX ומפת הדרכים לייצור שבבים עתידיים

בדיון רחב היקף לאן מועדות פני הייצור של השבבים, פטון - שבילתה קריירה ארוכה בעבודה על טכנולוגיית השבבים עבור יבמ - הסביר כיצד המושג משתנה כשאנחנו מגיעים לסוף חוק מור. הוא ציין כי בשנים הראשונות לייצור השבבים מדובר בקנה מידה מישורי של CMOS סיליקון. ואז, בין השנים 2000-2010, המיקוד פנה לחומרים חדשים; כעת, הרבה מההתמקדות היא בטרנזיסטורים תלת-ממדיים (ה- FinFETs המשמשים בתהליכים המובילים ביותר כיום) וערימה תלת-ממדית.

בשנת 2020, הוא אמר, נגיע לגבולות הממדים האטומיים, ולכן עלינו להתמקד בדרכים אחרות של חדשנות, כולל דרכים חדשות לעיצוב טרנזיסטורים (כמו ננו-חוטים המחליפים FinFET), סוגים חדשים של מצעים (כמו ה- Fully טכנולוגיית סיליקון-על-מבודד מיושנת GlobalFoundries מפתחת); או רמות חדשות של שילוב ברמת המערכת (כגון אריזה מתקדמת, פוטוניקה סיליקון וזיכרון משובץ).

ל- GlobalFoundries יש שתי מפת דרכים שעובדות עליהן, אמר פאטון. הראשון מבוסס על טכנולוגיית FinFET הנוכחית, והוא מיועד למכשירים בעלי ביצועים גבוהים. ב- GlobalFoundries, המשמעות היא מעבר מתהליך 14nm הנוכחי לעדכון התהליך שהוא קורא לו 12nm, ובהמשך השנה למה שהוא מכנה 7nm. פטון אמר כי הדבר אמור להתאים ביותר למעבדי יישומים ניידים ולמעבדים בעלי ביצועים גבוהים ו- GPUS, כאשר GlobalFoundries מבטיחה שיפור של עד 40 אחוזים בביצועי המכשירים, והפחתה של 60 אחוז בהספק הכולל לעומת תהליך 14nm. באותה מידה משכנעת, עליה להפחית את עלויות המתה בכ -30 אחוז עד 45 אחוזים לעומת הדור הקודם.

בחלק זה של מפת הדרכים, GlobalFoundries נמצאת על מסלול דומה בהשוואה למפות הדרכים של המומחים המתחרים, כמו TSMC או סמסונג.

אולם עבור יישומים אחרים, החברה מתמקדת במה שהיא מכנה FDX, המותג שלה לטכנולוגיית סיליקון-מבודד שהתרוקן לחלוטין. זוהי טכנולוגיה מישורית, כלומר היא אינה משתמשת בטרנזיסטורים תלת-ממדיים, ופטון אמר שהיא מספקת פיתרון חסכוני יותר למעבדים ניידים נמוכים ובינוניים, כמו גם למעבדים לאינטרנט של דברים ולרכבים רבים לרכב. יישומים. בעוד חלק מהמחקר בנושא מתרחש במלטה, תהליך ה- FDX מאורגן ברובו בדרזדן, גרמניה. העבודה הנוכחית בתהליך זה היא מה שנקרא GlobalFoundries לצומת ה- FDX 22nm; זה אמור לעבור לתהליך של 12 ננומטר בשנה הבאה.

קאולפילד ציין כי "הצטמקות אינה מספיקה", וכדי לעבור לצומת הבא, GlobalFoundries צריך גם להציע ביצועים רבים יותר ולהביא ערך אמיתי ללקוחות. הוא ציין כי המשרד דילג על 20 ננומטר ועל מה שאחרים מכנים 10 ננומטר כדי להתמקד ב- 7 ננומטר ואמר כי הצומת הזה מציע הפחתה ישירה של 30 עד 45 אחוזים בהשוואה ל 14 ננומטר, שקוזז במקצת מהצורך במספרים נוספים עבור הצעדים הנוספים הנדרשים על ידי רב- דפוסים.

קולפיל ציין כי יותר ממחצית מהכנסות החברה נותרו על צמתים ישנים יותר של תהליכים, כמו צמתים של 28 ו -40 ננומטר. מפעל סינגפור של המשרד מתמקד בתהליכים של 40 ננומטר ומעלה, ודרזדן מייצרת 22nm ומעלה. בינתיים, כל דבר במלטה מתמקד בתהליכים של 14 ננומטר וחדשים יותר.

ב7nm, אמר קולפילד, החברה רוצה להיות "חסיד מהיר", בעוד שהיא ב- FDX היא רוצה להיות גורם "משבש" בשוק.

פטון ציין כי GlobalFoundries הציגה שבב מבחן 7nm בשנת 2015, אותו פיתחה עם השותפים יבמ ומתחם אלבני ננוטק. בשעה 5nm החברה דיברה על גליונות ננו או טרנזיסטורים סביב השער, והתמקדות בתקשורת תוך מודול באמצעות אריזות שבבי 2.5D ו- 3D במעבדי סיליקון כדי לחבר בין קוביות זיכרון למות והיבריד שונות. עם השותפים שלה, היא הדגימה שבב מבחן 5 ננומטר בשנה שעברה.

במשך שנים התרשמתי עד כמה תעשיית ייצור השבבים הצליחה לשפר. קשה לחשוב על ענף אחר שעבר עד כה, וכל כך מהר - והעבודה של יצרני כלים כמו ASML ו- fabs כמו GlobalFoundries פשוט מדהימה. האתגרים העומדים בפניהם במימוש שבבים מהירים עוד יותר ועיצובים צפופים יותר ויותר קשים, אך הביקור שלי הזכיר לי הן את המורכבות של תהליכים חדישים המעורבים והן את ההתקדמות שאנו ממשיכים לראות.

מה הסיכוי שאתה ממליץ על PCMag.com?