Tartalomjegyzék:
Videó: GLOBALFOUNDRIES Sand to Silicon (November 2024)
Az egyik ok, amiért annyira izgalommal töltöttem fel a GlobalFoundries látogatását a hónap elején, az volt, hogy lehetőséget lehessen látni egy EUV litográfiai gépen és meghallgassam arról, hogy a cég hogyan tervezi használni.
Nemrég volt lehetőségem meglátogatni egy Connecticut-i gyárat, ahol az ASML gyárt egy alkatrészt egy ilyen EUV géphez. Ezek a hatalmas szerszámok extrém ultraibolya (EUV) fényt sugároznak át egy maszkon keresztül, hogy körülhatárolják a chipek nagyon kis tulajdonságait, és ezek a világ legösszetettebb gépei. Úgy tervezték, hogy helyettesítsék a ma már szokásos merülő litográfiai gépeket, amelyek 193 nm hullámhosszúságú fényt használnak a forgácskészítési folyamat egyes rétegeiben.
Összefoglalva, egy EUV gép hihetetlenül bonyolult. Mint George Gomba, a GlobalFoundries technológiai kutatási alelnöke kifejtette, a folyamat egy 27 kilovattos teljesítményű CO2 lézerrel kezdődik, amelyet egy sugárátviteli és fókuszáló rendszeren keresztül égetnek apró óncseppekre (körülbelül 20 mikron átmérőjűek), amelyeket egy cseppekgenerátor készít. egy plazmaedényben. Az első impulzus ellapítja a cseppet, a második pedig elpárologtatja, lézer által előállított plazmát (LPP) hozva létre. A plazmából kibocsátott EUV fotonokat egy speciális tükör gyűjti össze, amely visszaverődik a 13, 5 nm hullámhosszú fényt, és a sugárzást egy közbenső fókuszpontba továbbítja, ahol bejut a szkennerbe, és egy maszkon keresztül kivetítik a szilikon ostyára. Gomba, aki az Albany Nanotech üzemében dolgozik, azt mondta, hogy 2013 óta dolgozik az előtermelésen alapuló EUV rendszerekkel, és most elvárja, hogy az EUV 2019 második felére teljes termelésben legyen a GlobalFoundries-ben.
Ezek az eszközök annyira összetettek, hogy több hónapnyi munkát igényelnek, hogy készen álljanak a termelés megkezdésére. A vállalat Fab 8-án, a máltai New York-i találkozón láttam az első két telepített EUV-eszközt; az egyik majdnem befejeződött, a másik pedig folyamatban van, és még van hely további kettőhöz.
Az EUV eszközök beszerzése maga az épület is összetett művelet volt. A fabábot először lezárták; ezután daru került beépítésre a mennyezetbe, és egy lyukat vágtak az épület oldalába, hogy az új, hatalmas rendszer belsejébe lépjen. Aztán természetesen csatlakoztatni kellett a gyár többi szerszámához. Ehhez mind az al-fab-ban munkát kellett végezni, amelyet a forráshoz szükséges eszközhöz kellett beállítani, amely létrehozza a folyamatban alkalmazott lézert, valamint magát a tisztatérbe is. Mindent el kellett végezni, miközben a fab többi része teljes sebességgel futott.
Tom Caulfield, a Fab 8 vezérigazgatója és vezérigazgatója ezt összehasonlította azzal, hogy "szívműtétet végez maratoni futás közben".
Az EUV státusza - és amit még meg kell oldani
Gary Patton, a GlobalFoundries világméretű kutatás-fejlesztési vezetője és szakember, elmondta, hogy a 7nm kockázati termelésben lesz a Fab 8-ban ebben az évben, és a teljes termelésben a következő évben, merülő litográfia és quad mintázat felhasználásával, de az EUV nem. A többszörös mintázás hosszabb ideig tart, mert több lépést igényel, és problémák merülhetnek fel az egyes lépésekhez szükséges nagyon pontos igazítás miatt, ám ezek a litográfiai eszközök közönségesek, jól érthetőek és készen állnak ma is. A terv az, hogy később a 7nm-es verziót kínálja az új EUV eszközök felhasználásával.
Az EUV "ma még nem áll készen" - mondta Patton, hivatkozva a forrás energiájával, az ellenálló anyagokkal és a maszkokkal kapcsolatos kérdésekre, különös tekintettel a megfelelő pellicle kialakítására (egy vékony film, amely áthalad a maszkon vagy a retiklonon).
Az EUV gépek jelenleg nem olyan gyorsak, az egyik mérnök elmagyarázza, hogy óránként mintegy 125 ostyát tudnak előállítani, szemben az óránként kb. 275 ostyával az merülő litográfiához. Időt takaríthat meg, mert ha a folyamat csökkenti a többmintás mintázat elvégzésének számát, akkor nemcsak a litográfia, hanem a maratás és az előkészítés lépéseit takarítja meg. Tehát az EUV-nak valójában kevesebb költséget kell futtatnia, amikor készen áll - mondta Caulfield.
Gomba megjegyezte, hogy az ötlet nem csupán az optikai litográfia három vagy négy rétegének csökkentése, hanem sok más lépés csökkentése is, mivel az egyes litográfiai lépések között maratás és egyéb feldolgozás is zajlik az ostyán. Gomba szerint a cél az, hogy a ciklusidőt akár 30 nappal is csökkentsék.
A keresztezési pont valószínűleg négyszeres mintázatú, de nagyban függ a hozamtól (amelyet javítani kell, mivel az EUV litográfia lépéseinek kevesebb variabilitással kell rendelkeznie, mint a többszörös merítési litográfia lépéseinek) és a ciklusidő javulásától. Az EUV-nek lehetővé kell tennie a chip-tervezők számára is, hogy kevésbé korlátozó feltételek mellett működjenek.
De ő is megjegyezte, hogy van még néhány megoldatlan kérdés, különösen amikor a pellicle-ről van szó. Egy másik mérnök kifejtette, hogy az EUV által használt 13, 5 nm-es sugárzás szinte mindent elnyel, tehát a gép belsejének vákuumnak kell lennie. Az EUV-vel az energia nagy része nem megy keresztül a retiklen (maszk), hanem melegíti fel. A pellicle segít megvédeni a maszkot, de még meg kell tenni a munkát a pellicleen áthaladó fény mennyiségének (átvitel), valamint a pellicle hosszú élettartamának javítása érdekében. Ez viszont befolyásolja az áteresztőképességet, valamint a maszkok hosszú élettartamát és az egész gép üzemidejét.
Ennek eredményeként - Patton elmondta - a társaság kezdetben 7 nm-es zsugorodást fog kínálni az EUV-vel, amelyet elsősorban kapcsolatok és vias-ok céljára használnak. Ez önmagában 10–15% -os sűrűségnövekedést eredményezhet nagy tervezési beruházás nélkül. Amikor a kérdés megoldódott - mondta Patton -, az EUV még sok más rétegben felhasználható és felhasználható. (Joel Hruska ( ExtremeTech) , aki szintén a turnéon volt, részletesebben itt olvasható.)
Patton megjegyezte, hogy az ASML-nek „óriási hitelt” kell kapnia az EUV továbblökéséhez, amennyire csak lehetséges, és azt mondta, hogy ez egy „hihetetlen mérnöki teljesítmény”. Arra a kérdésre, hogy a GlobalFoundries valóban elkötelezett-e az EUV elvégzése mellett, Caulfield azt válaszolta, hogy a cég 600 millió dolláros beruházást hajtott végre, ami azt jelenti, hogy "meg kell tennie".
FDX és a jövőbeli chipek készítésének ütemterve
Széles körű vitában arról, hogy a chipgyártás melyik irányába vezet, Patton - aki hosszú karriert töltött az IBM chip technológiáján dolgozva - elmagyarázta, hogy a koncepció miként változik, mikor elérjük a Moore-törvény végét. Megjegyezte, hogy a forgácsgyártás korai éveiben a szilícium CMOS síkbeli méretezéséről volt szó. Ezután 2000-2010 között a fókusz az új anyagok felé fordult; most nagy a hangsúly a 3D tranzisztorokon (a mai legfejlettebb folyamatokban használt FinFET-ek) és a 3D-s egymásra rakáson.
Azt mondta, hogy 2020-ra eléri az atomdimenziók határait, tehát az innováció más módjaira kell összpontosítanunk, ideértve a tranzisztorok (például a FinFET-et helyettesítő nanoszálak) és az új típusú szubsztrátumok (például a Fully Kimerült szilikon-szigetelő technológia (a GlobalFoundries fejlesztése folyamatban van); vagy új szintű rendszerszintű integráció (például fejlett csomagolás, szilikon fotonika és beágyazott memória).
Patton szerint a GlobalFoundriesnek két ütemterve van, amelyeken dolgozik. Az első a jelenlegi FinFET technológián alapul, és nagy teljesítményű eszközök számára készült. A GlobalFoundriesnél ez azt jelenti, hogy a jelenlegi 14nm-es folyamattól a 12nm-ig hívott folyamat felülvizsgálatához kell áttérni, majd idén később a 7nm-nek hívjuk. Patton szerint ez a legmegfelelőbb lehet a mobil alkalmazásprocesszorokhoz, valamint a nagy teljesítményű CPU-khoz és a GPUS-hez. A GlobalFoundries az eszköz teljesítményének 40% -os javítását és a teljes teljesítmény 60% -os csökkentését ígéri a 14 nm-es folyamathoz képest. Ugyanilyen kényszerítő, hogy az előző generációhoz képest kb. 30 százalékkal, akár 45 százalékkal csökkenti a sajtolási költségeket.
Az ütemterv ezen részében a GlobalFoundries hasonló pályán halad a versengő fab-ok, például a TSMC vagy a Samsung ütemterveivel összehasonlítva.
De más alkalmazásoknál a vállalat arra koncentrál, hogy FDX-nek hívja, a már teljesen kimerült szilikon-szigetelő technológia márkájának. Ez egy sík technológia, ami azt jelenti, hogy nem használ 3D tranzisztorokat, és Patton azt mondta, hogy költséghatékonyabb megoldást kínál az alacsony és közepes szintű mobil processzorok számára, valamint a tárgyak internete és sok autóipari processzor számára. alkalmazásokat. Míg erre irányuló kutatások egy része Máltán zajlik, az FDX folyamatot főként Drezda-ban, Németországban szervezik. A folyamattal kapcsolatban jelenleg a GlobalFoundries 22 nm-es FDX csomópontja hívja; ez az a szám, hogy a következő évben egy 12 nm-es folyamatba léphessenek.
Caulfield megjegyezte, hogy "nem elegendő a zsugorodás", és hogy a következő csomóponthoz való áttéréshez a GlobalFoundriesnek is nagyobb teljesítményt kell kínálnia, és valódi értéket kell nyújtania az ügyfelek számára. Megjegyezte, hogy a cég kihagyta a 20nm-t, és mások úgy hívják a 10nm-et, hogy összpontosítsanak a 7nm-re, és azt mondta, hogy ez a csomópont 30–45% -os közvetlen költségcsökkentést kínál a 14 nm-hez képest, amit némileg ellensúlyoz, hogy több maszkot kell igénybe venni a multi- mintázás.
Caulfield megjegyezte, hogy a cég bevételeinek több mint fele régebbi folyamatcsomópontokon, például 28 és 40 nm csomópontokon marad. A cég szingapúri gyára a 40 nm-es és régebbi folyamatokra koncentrál, Drezda pedig 22 nm-es vagy annál régebbi. Időközben Máltán minden a 14 nm-es és újabb folyamatokra összpontosít.
Caulfield azt mondta, hogy a hétköznapi héten "gyors követője" akar lenni, míg az FDX-nél "zavaró" tényezővé válik a piacon.
Patton megjegyezte, hogy a GlobalFoundries 7 nm-es tesztcsipjét mutatott 2015-ben, amelyet az IBM és az Albany NanoTech Complex partnerekkel fejlesztett ki. 5 nm-en a társaság nanoszámlalapokról vagy átfogó tranzisztorokról beszélt, és a modulon belüli kommunikációra összpontosított, 2, 5D és 3D chipcsomagolás segítségével, szilikon interpoxikokon, hogy különféle szerszámokat és hibrid memóriakockákat csatlakoztasson. Partnereivel együtt tavaly bemutatott egy 5 nm-es tesztcsippet.
Évekig lenyűgözött, hogy a chipgyártó ipar mennyire képes javulni. Nehéz kitalálni egy olyan iparágot, amely már olyan gyorsan elmozdult, és olyan gyorsan - és olyan szerszámgyártók, mint az ASML és a fab, mint például a GlobalFoundries, munkája hihetetlen. A még gyorsabb forgácsok és a sűrűbb tervek megvalósítása előtt álló kihívások egyre nehezebbek, ám látogatásom emlékeztetett nekem a részt vevő élvonalbeli folyamatok összetettségére és a folyamatos előrehaladásra.
Mennyire valószínű, hogy a PCMag.com-ot ajánlja?
