Análisis sobre la posibilidad de que Huawei y la Academia de Ciencias de China desarrollen máquinas de litografía.
1. Introducción al proceso de fabricación de chips
Primero, expliquemos brevemente el proceso de fabricación de chips para que todos puedan comprender los siguientes términos técnicos. Si comprende este proceso, puede pasar a la segunda lectura.
Aquí se omiten los enlaces de fabricación, embalaje y prueba de oblea que son irrelevantes para el tema.
Puedes imaginar el proceso de grabar un sello. Supongamos que queremos grabar un sello usando yin (correspondiente a yang) (los caracteres son cóncavos y el fondo es convexo, por lo que es necesario restar los trazos de los caracteres), con dos caracteres: "Benevolencia y Rectitud". El siguiente ejemplo es para ilustrar el método de fabricación del chip. En realidad, no es tan problemático grabar el sello. Los pasos son aproximadamente los siguientes: 1. Diseño: El diseño es el texto a grabar en el papel. 2. Tallado: Utilice un cuchillo de trinchar para tallar los trazos de un personaje. Esta hoja de papel se llama fuente. 3. Fortalecer la superficie de grabado del sello (no existe tal paso en el grabado real del sello). 4. Pintura: Aplique una capa de pintura al sustrato de sellado. 5. Composición tipográfica: copie la composición tipográfica en el dibujo (coloque la composición tipográfica en el dibujo y dibuje trazos). 6. Visualización de caracteres: Retire la pintura cubierta por caracteres y trazos chinos, dejando la pintura sin trazos. En este momento, la parte sin pintar del sello muestra la palabra "Benevolencia y Rectitud" (aquí se ignora el problema de la inversión del espejo). 7. Grabado, es decir, utilizar un cuchillo de trinchar para grabar la parte sin pintar. 8. Retire la pintura y lave los restos de pintura.
Los pasos para hacer un chip se corresponden uno a uno con los pasos mencionados anteriormente para grabar papel (se omiten otros pasos irrelevantes para el contenido de este artículo, como el pulido del sustrato y los múltiples pasos de limpieza). ): 1. Disposición del chip/diseño de cableado (equivalente al diseño). 2. Haga una máscara, es decir, haga una máscara de patrón de diseño según el diseño (equivalente a grabar). 3. Oxidación de la superficie de la oblea (equivalente al tratamiento de la superficie del grabado del sello) 4. Revestimiento con cola, es decir, aplicación de fotorresistente sobre el sustrato (equivalente a pintura en spray). 5. Fotolitografía, que utiliza luz para iluminar el fotorresistente a través de una máscara (equivalente a copiar fuentes). Utilice un alineador de mascarilla para este paso. 6. Revelar, es decir, retirar parte del fotorresistente expuesto a la luz (equivalente al revelado). 7. Grabado, es decir, eliminación de la película de óxido en la superficie de la oblea para exponer el silicio de alta pureza que se encuentra debajo (equivalente al grabado). 8. Despegue, es decir, limpieza del fotorresistente restante en la superficie de la oblea (equivalente a decapado de pintura).
El efecto de la fotolitografía es que el patrón de la película de dióxido de silicio en la superficie de la oblea de silicio es completamente consistente con la máscara, lo que equivale a transferir el patrón de la máscara al dióxido de silicio en la superficie de la oblea de silicio, produciendo dióxido Hay innumerables claraboyas en la superficie de silicio que son exactamente iguales a la máscara, preparándose para procesos posteriores. Es como copiar en masa películas de dióxido de silicio con el mismo patrón que la máscara y pegarlas. en la superficie de la oblea de silicio.
Hay otro paso en la producción de chips: el dopaje, es decir, implantar diferentes iones metálicos en el sustrato de silicio bajo innumerables claraboyas en diferentes procesos, haciendo que estas áreas cambien sus características y formen las propiedades eléctricas requeridas del semiconductor ( es decir, al formar un semiconductor de tipo P o tipo N, se forma una unión P/N unidireccional entre dos microrregiones semiconductoras diferentes. Tres regiones PNP o NPN consecutivas contienen dos uniones P/N para formar un triodo con un efecto de amplificación. es el componente más básico de un circuito integrado).
Cabe señalar que los chips VLSI son extremadamente complejos y requieren decenas de pasos. El paso 1 solo se necesita una vez para un chip determinado y el paso 2 solo se necesita una vez, pero cada paso requiere una máscara diferente. Los pasos 3 a 8 deben repetirse docenas de veces, una vez para cada proceso, utilizando una máscara diferente cada vez. Los pasos específicos de diferentes procesos pueden variar mucho, como el proceso de cableado, pero siempre se requiere el paso de fotolitografía.
En segundo lugar, la dificultad de la I+D del alineador de máscara y el coste del chip.
Una máquina de litografía tiene decenas de miles de piezas, de las cuales las más importantes son tres: fuente de luz EUV y grupo de lentes. y banco de trabajo de precisión de alta alineación. Si los problemas de estas tres partes pueden resolverse, los problemas clave de otras partes tal vez no sean tan difíciles de superar. Aquellos que entiendan estos temas pueden pasar directamente al Nivel 3.
Varios factores clave que afectan el rendimiento y la eficiencia de producción del alineador de mascarilla y el coste del producto final:
1. Cuanto mayor sea la potencia de la fuente de luz, mayor será la eficiencia de producción. Porque dependiendo del área de la oblea (generalmente medida en diámetro, generalmente 5, 8, 12 pulgadas) y el tamaño de un solo chip, una oblea puede tener desde docenas hasta cientos de chips dispuestos sobre ella. Generalmente, la máscara solo cubre un chip y cada chip de la oblea debe exponerse una vez en un proceso. Si una matriz de obleas tiene 500 chips, un solo proceso requiere 500 exposiciones. Cuando la sensibilidad del fotorresistente es constante, el tiempo necesario para que un solo chip quede completamente expuesto en un proceso depende de la potencia de salida o la intensidad de la luz de la máquina de fotolitografía. Cuanto mayor sea la potencia de salida, más corto será el tiempo de exposición y mayor será la eficiencia de producción.
Aquí se omiten el campo de visión y la eficiencia luminosa de la fuente de luz EUV.
2. Aberración óptica del grupo de lentes. Cuando la luz pasa a través de una lente, se produce divergencia. El ejemplo más obvio es que la divergencia de los bordes es muy obvia cuando se obtienen imágenes con una lente ultra gran angular. Muchos factores pueden llevar a desacuerdos. Si la divergencia es demasiado grande, el patrón proyectado a través de la máscara sobre el fotorresistente divergirá en consecuencia, lo que dará como resultado un rendimiento reducido.
3. Precisión de posicionamiento de la mesa móvil de piezas. Debido a que un solo chip requiere múltiples exposiciones, para exponer múltiples chips en una oblea, primero el espaciado entre chips adyacentes debe ser preciso y, segundo, cada exposición del mismo chip debe estar alineada con precisión con la posición de exposición anterior.
Una mala precisión de posicionamiento de la mesa de la pieza de trabajo provocará una disminución del rendimiento y es uno de los principales factores que determinan el rendimiento.
4. La velocidad de movimiento de la mesa de la pieza de trabajo. El tiempo total requerido para la exposición de la viruta es el tiempo que tarda la mesa de trabajo en moverse a la posición de la viruta y completar el posicionamiento más el tiempo de exposición simple. Por lo tanto, cuanto más rápida sea la velocidad de movimiento y posicionamiento, mayor será la eficiencia de producción. Este indicador y la precisión del posicionamiento entran en conflicto entre sí.
El rendimiento y la eficiencia de la línea de producción se reflejan en última instancia en el coste final del chip.
El tiempo de procesamiento de otros equipos en la línea de producción de obleas se calcula por oblea. Por ejemplo, en un único proceso de dopaje, todos los chips de toda la oblea se procesan al mismo tiempo. Sin embargo, el proceso de fotolitografía se calcula en función del número de chips de la oblea, es decir, el tiempo total requerido para el proceso de exposición de la oblea es el posicionamiento del chip único más el tiempo de exposición multiplicado por el número de chips de la oblea. Por lo tanto, una línea de producción de obleas tiene más máquinas de litografía con una determinada producción que otros equipos. Cuanto menor es la eficiencia de las máquinas de litografía, más máquinas de litografía requiere la línea de producción. Por lo tanto, la eficiencia del fotoprotector afecta los costos de la línea de producción y los costos operativos. Finalmente, el aumento de los costos de la línea de producción debido a alineadores de máscaras ineficientes también aumenta la huella de capital y los costos operativos del chip.
En tercer lugar, analizar el apellido real de la noticia
Si esta noticia está editada, ¿por qué no editar 7nm, sino 8nm, que no todo el mundo está acostumbrado a ver? Esta es una evidencia circunstancial, pero es difícil. Además, sólo puede analizarse desde una perspectiva técnica.
Los bancos de trabajo domésticos parecen haber sido probados antes. Se dice que la precisión de alineación puede alcanzar unos pocos nm, y una máquina de litografía de 8 nm es suficiente. Sin embargo, el indicador de velocidad de movimiento (directamente relacionado con la eficiencia de producción). No está claro, tal vez sea mejor que el nivel más alto en el extranjero todavía está muy por detrás, y el costo de un solo producto es simplemente más alto.
De hecho, las fuentes de luz EUV también están disponibles en China, pero la potencia está lejos de ser suficiente. El resultado es que el tiempo de exposición requerido es demasiado largo. Una es que soportar fotoprotectores es más sensible y difícil. La otra es que afecta seriamente la eficiencia de la producción. No se como solucionarlo. Personalmente creo que la potencia de la fuente de luz se puede aumentar, pero no hasta un nivel utilizable (por ejemplo, después de aumentarla, solo puede completar una exposición en uno o varios minutos). Entonces, conectar múltiples fuentes de luz EUV en paralelo puede ser una forma factible, pero aun así, es posible que aún no alcance el nivel de eficiencia de exposición de ASML.
La clave de la lente es la alta precisión; de lo contrario, la distorsión del patrón de máscara proyectado en el chip será demasiado grande, especialmente alrededor de la lente. Puede haber avances en la tecnología de procesamiento de lentes de alta precisión, pero si no alcanza el nivel ideal, afectará el área del campo de luz de la imagen (los bordes no se pueden usar debido a la divergencia) y el rendimiento del producto.
Una distancia focal más cercana puede mejorar la calidad de la imagen, pero la intensidad de la misma fuente de luz EUV disminuye a una distancia focal más cercana, lo que aumenta el tiempo de exposición y reduce la eficiencia de producción.
Así que la tecnología de litografía EUV de China no se implementó en el pasado, pero el nivel técnico no estaba a la altura del estándar. La eficiencia y el rendimiento de las máquinas de litografía utilizadas en la producción en masa no podían competir con los productos ASML (existían). también el problema del pequeño campo de visión), incapaz de hacer chips grandes, por lo que se omite).
Las máquinas de litografía con baja eficiencia de producción y bajo rendimiento pueden resolver el problema de Huawei de no tener chips y salvar vidas. Entonces, estos dos problemas que afectan los costos de los chips parecen ser soportables para Huawei, porque la supervivencia es la máxima prioridad.
Pero hay otro factor: Huawei ha desarrollado en secreto muchas tecnologías, que antes estaban guardadas en cajas fuertes, y algunas fueron retiradas gradualmente después de ser sancionadas. El mundo exterior no sabe exactamente cuáles y cuántos hay. Nunca se sabe lo que Huawei sacará de su bolsillo en el próximo momento.
Por ejemplo, una tecnología divulgada por los teléfonos móviles de Huawei: la óptica computacional. Este algoritmo se utiliza para compensar los cambios de lente y corregir la posición de los píxeles, el brillo y el color de los datos fotográficos en función de los cambios de lente conocidos después de la toma de imágenes. Personalmente creo que Huawei podría utilizar esta tecnología en máquinas de litografía. Si la lente no es buena, utilizará un algoritmo para analizar la divergencia de esta lente específica, luego analizará dónde ocurre la divergencia y luego afinará (pulirá) la posición específica de una o varias lentes, repitiéndola muchas veces. para finalmente lograr mejores resultados. De esta manera, el costo de procesamiento del conjunto de lentes aumentará considerablemente, pero Huawei aún puede aceptarlo por ahora.
Existe una idea similar, que consiste en hacer una máscara de divergencia activa basada en las características de divergencia específicas del grupo de lentes para compensar la divergencia óptica generada por el grupo de lentes, de modo que la luz proyectada a través de la máscara en el plano fotorresistente La divergencia gráfica es menor. No tenía idea de lo difícil que era esta idea. Es posible que se requiera que el software EDA genere un diseño de máscara de compensación de distorsión basado en datos de distorsión específicos, o que se requiera un software separado para generar datos de máscara de corrección de distorsión utilizando la salida del EDA como entrada.
Esto es lo que sabemos, puede que existan otras tecnologías negras.
Por ejemplo, ¿es posible que Huawei haya ideado tecnología negra? La rumoreada máquina de litografía adopta una ruta técnica completamente diferente a la ruta tecnológica existente de ASML, lo que puede simplificar enormemente la implementación de la máquina de litografía. Hacerlo también puede evitar muchas barreras en materia de patentes.
Por ejemplo, ¿alineador de mascarilla de rayos X? Su longitud de onda es más corta, lo que favorece más la mejora del proceso. Al producir chips para teléfonos móviles de alta tecnología, en las mismas condiciones (sensibilidad fotorresistente, potencia de salida de la máquina de litografía, proceso de fabricación de productos de chips, etc.), la eficiencia de producción de la máquina de litografía con máscara de rayos X con una longitud de onda más corta es mayor que la La fuente de luz EUV se ha duplicado. Debido a la longitud de onda más corta, las máquinas de litografía de rayos X ya no requieren la cantidad de exposiciones repetidas necesarias para fabricar chips con procesos más altos que las máquinas de litografía EUV, por lo que la cantidad de procesos se puede reducir considerablemente y mejorar la eficiencia de la producción.
El problema es que la penetración de los rayos X es extremadamente fuerte, por lo que no es difícil fabricar mascarillas.
Quizás pruebe con una aleación de plomo. También está la cuestión del enfoque de los rayos X. Las lentes ópticas comunes no funcionan, por lo que se deben utilizar nuevos métodos. Afortunadamente, este método de concentración de rayos X apareció en 1991 y se utilizó en equipos de radioterapia. La patente de entonces ya ha caducado. También está la potencia de salida del tubo de rayos X y su trayectoria óptica de enfoque. El fotorresistente sensible a los rayos X también es nuevo.
La ruta técnica de esta máquina de litografía de rayos X es completamente diferente de la máquina de litografía existente de ASML. Si se pueden resolver los problemas técnicos relevantes, China podrá ingresar directamente a la próxima generación de máquinas de litografía, que ya no serán el principal factor limitante en la mejora de procesos.
Otra posibilidad es utilizar el método de rayos X de enfoque de haz capilar de vidrio hueco inventado por científicos estadounidenses para enfocar la luz ultravioleta extrema. Este método se utiliza para alineadores de mascarillas sin lentes ópticas.
Así que personalmente creo que es posible desarrollar máquinas de litografía de 8 nm ahora, pero aún así me sorprende que sea tan rápido, o la credibilidad me parece baja. Pero se dice que SMIC es responsable de la verificación de los equipos y materiales necesarios para los chips domésticos. Si la máquina de litografía de 8 nm realmente sale ahora, SMIC debería verificarla, lo que llevará aproximadamente un año (más que los productos maduros). Si es cierto o no, será necesario un año más para descubrirlo.
He adquirido muchos conocimientos gracias a la serie de artículos de @Dr.Jim sobre alineadores de mascarillas faciales y solo quiero expresar mi gratitud.
No es fácil ser original, gracias por vuestro apoyo.