Ang mga pangako at hamon ng euv sa mga globalfoundry

Ang isa sa mga kadahilanan na labis akong nag-intriga upang bisitahin ang GlobalFoundries mas maaga sa buwang ito ay para sa pagkakataong makita ang isang makina ng lithography ng EUV sa lugar at marinig ang tungkol sa kung paano plano ng firm na gamitin ito.

Hindi pa nakaraan, nagkaroon ako ng pagkakataon na bisitahin ang isang pabrika sa Connecticut kung saan nagtatayo ang ASML ng marami sa mga sangkap para sa tulad ng isang makina ng EUV. Ang mga napakalaking tool na ito ay gumagamit ng matinding ultraviolet (EUV) na ilaw na nagniningning sa pamamagitan ng isang maskara upang malinis ang mga linya para sa napakaliit na mga tampok ng mga chips, at ilan sa mga pinaka-kumplikadong machine sa buong mundo. Ang mga ito ay idinisenyo upang magawa ang lugar ng ngayon-standard na immersion lithography machine na gumagamit ng ilaw na may haba ng haba ng 193nm sa ilang mga layer ng proseso ng paggawa ng chipmaking.

Upang mag-recap, ang isang EUV machine ay hindi kapani-paniwalang kumplikado. Tulad ng ipinaliwanag ni George Gomba, Bise Presidente ng Teknolohiya ng Panaliksik para sa GlobalFoundries, ang proseso ay nagsisimula sa isang 27-kilowatt CO2 laser na pinaputok sa pamamagitan ng isang beam transport at sistema ng pagtuon sa mga maliliit na tin droplet (sa paligid ng 20 microns na diameter) na ginawa ng isang droplet generator sa isang daluyan ng plasma. Ang unang pulso ay nag-flattlet sa droplet at sa pangalawang vaporizing ito, na lumilikha ng laser na gawa sa laser (LPP). Ang mga photon ng EUV na inilabas mula sa plasma ay kinokolekta ng isang espesyal na salamin na sumasalamin sa 13.5nm na haba ng haba ng haba ng alon at ang radiation na ito ay ipinadala sa isang intermediate point point kung saan pinasok nito ang scanner at inaasahang sa pamamagitan ng isang maskara sa silikon na wafer. Si Gomba, na nagtatrabaho sa labas ng Albany Nanotech na pasilidad, ay nagsabi na siya ay nagtatrabaho sa mga preproduction EUV system mula noong 2013, at inaasahan na ang EUV ay magiging ganap na paggawa sa GlobalFoundries sa ikalawang kalahati ng 2019.

Ang mga tool na ito ay sobrang kumplikado na nangangailangan sila ng mga buwan ng trabaho upang maghanda sila upang simulan ang paggawa. Sa kumpanya ng Fab 8 sa Malta, New York, nakita ko ang unang dalawang kasangkapan sa EUV na na-install; ang isa ay halos kumpleto at ang isa pa ay nasa proseso ng paggawa, at may silid pa para sa dalawa pa.

Ang pagkuha ng mga tool sa EUV sa gusali mismo ay isang kumplikadong operasyon. Ang pangunahing tela ay unang natatakan; pagkatapos, ang isang kreyn ay naka-install sa kisame, at isang butas na gupitin sa gilid ng gusali upang ilipat ang napakalaking bagong sistema sa loob. Pagkatapos, siyempre, kailangang konektado sa iba pang mga tool sa pabrika. Ito ay kasangkot sa trabaho sa parehong sub-tela, na kailangang i-set up para sa mapagkukunan na tool na lumilikha ng laser na ginamit sa proseso, pati na rin sa paglilinis mismo. Kailangang gawin ang lahat habang pinapanatili ang buong tela na tumatakbo nang buong bilis.

Si Tom Caulfield, SVP at General Manager ng Fab 8, inihambing ito sa "paggawa ng operasyon sa puso habang nagpapatakbo ng isang marathon."

Ang Katayuan ng EUV-at Ano Ang Kailangan Pa ring Malutas

Si Gary Patton, CTO & SVP ng Worldwide R&D para sa GlobalFoundries, sinabi na ang 7nm ay nasa panganib sa paggawa ng peligro sa Fab 8 ngayong taon, at buong produksiyon sa susunod na taon, gamit ang paglulubog ng lithograpiya at patlang na patterning, ngunit hindi EUV. Ang multi-patterning ay tumatagal ng mas mahaba dahil ito ay nagsasangkot ng maraming mga hakbang, at ang mga isyu ay maaaring lumitaw dahil sa eksaktong tumpak na pagkakahanay na kinakailangan sa bawat hakbang, ngunit ang mga tool na ito sa lithography ay pangkaraniwan, mahusay na maunawaan, at handa ngayon. Ang plano ay upang mag-alok sa ibang pagkakataon ng isang bersyon ng proseso ng 7nm gamit ang bagong tool ng EUV.

Ang EUV ay "hindi handa ngayon, " sabi ni Patton, na binabanggit ang mga isyu na may kapangyarihan ng mapagkukunan, pigilan ang mga materyales, at ang mga maskara, lalo na sa pag-unlad ng tamang pellicle (isang manipis na pelikula na napupunta sa mask o reticle.)

Sa kasalukuyan ang mga makina ng EUV ay hindi kasing bilis, na may isang inhinyero na nagpapaliwanag na maaari silang makabuo ng halos 125 wafers bawat oras, kumpara sa tungkol sa 275 wafers bawat oras para sa paglulubog ng lithography. Maaari silang aktwal na makatipid ng oras, dahil kung ang proseso ay binabawasan ang bilang ng mga pass para sa multi-patterning, hindi lamang ito nakakatipid ng mga hakbang sa lithography, kundi pati na rin sa etching at paghahanda. Kaya, ang EUV ay dapat na talagang nagkakahalaga ng mas kaunti upang tumakbo kapag handa na ito, sinabi ni Caulfield.

Nabanggit ni Gomba na ang ideya ay hindi lamang upang mabawasan ang 3 o 4 na layer ng optical lithography, ngunit upang mabawasan ang maraming iba pang mga hakbang din, dahil sa pagitan ng bawat hakbang ng lithography, mayroon ding etching at iba pang pagproseso sa wafer. Ang layunin, sinabi ni Gomba, ay upang mabawasan ang oras ng pag-ikot ng hanggang sa 30 araw.

Ang punto ng crossover ay marahil quad patterning, ngunit marami ang nakasalalay sa ani (na dapat mapabuti, dahil ang mga hakbang sa lVograpiya ng EUV ay dapat magkaroon ng mas kaunting pagkakaiba-iba kaysa sa maraming mga hakbang sa paglulubog ng lithography) at ang pagpapabuti ng oras ng ikot. Dapat ding paganahin ng EUV ang mga taga-disenyo ng chip na gumana sa ilalim ng hindi gaanong mas mahigpit na mga kondisyon.

Ngunit nabanggit din niya na may ilang mga isyu na natitira upang malutas, lalo na pagdating sa pellicle. Ipinaliwanag ng isa pang inhinyero na ang 13.5nm radiation na ginagamit ng EUV ay nasisipsip ng halos lahat, kaya ang interior ng makina ay kailangang maging isang vacuum. Sa EUV, ang karamihan sa lakas ay hindi dumadaan sa reticle (mask), ngunit sa halip ay kumakain ito. Ang pellicle ay tumutulong na maprotektahan ang maskara, ngunit ang trabaho ay kailangan pa ring gawin upang mapabuti ang dami ng ilaw na dumadaan sa pellicle (paghahatid), pati na rin ang kahabaan ng buhay ng pellicle. Ito naman ay makakaapekto sa throughput, pati na rin ang kahabaan ng masa at oras ng pangkalahatang makina.

Bilang isang resulta, sinabi ni Patton, sa una ay mag-aalok ang kumpanya ng isang 7nm na pag-urong sa EUV, na gagamitin ito halos para sa mga contact at vias. Ito lamang ay maaaring magbigay ng 10 hanggang 15 porsyento na pagtaas sa density nang walang isang malaking pamumuhunan sa disenyo. Kapag nalutas ang mga isyu, sinabi ni Patton, maaari at magamit ang EUV sa maraming mga layer. (Si Joel Hruska ng ExtremeTech, na nasa paglilibot din, ay may higit pang detalye dito.)

Nabanggit ni Patton na ang ASML ay dapat makakuha ng "napakalaking kredito" para sa pagtulak sa EUV hangga't mayroon ito, at sinabi na ito ay isang "hindi kapani-paniwala na gawa ng engineering." Kapag tinanong kung ang GlobalFoundries ay talagang nakatuon sa paggawa ng EUV, si Caulfield ay tumugon na ang kumpanya ay gumawa ng isang $ 600 milyon na pamumuhunan, na nangangahulugang "kailangang gawin ito."

FDX at ang Roadmap para sa Hinaharap Chipmaking

Sa isang malawak na talakayan tungkol sa kung saan patungo ang chipmaking, si Patton - na gumugol ng mahabang karera na nagtatrabaho sa teknolohiyang chip para sa IBM - ipinaliwanag kung paano nagbabago ang konsepto nang maabot natin ang pagtatapos ng Batas ng Moore. Nabanggit niya na sa mga unang taon ng paggawa ng chip, lahat ito ay tungkol sa planar scaling ng silikon na CMOS. Pagkatapos, mula 2000-2010, ang pokus ay nakabukas sa mga bagong materyales; ngayon, ang karamihan sa pagtuon ay sa 3D transistors (ang FinFET na ginamit sa karamihan sa mga nangungunang proseso ngayon) at pag-stack ng 3D.

Sa pamamagitan ng 2020, sinabi niya, maaabot namin ang mga limitasyon ng mga sukat ng atom, kaya kakailanganin nating tumuon sa iba pang mga paraan ng pagbabago, kabilang ang mga bagong paraan ng pagdidisenyo ng mga transistor (tulad ng mga nanowires na pinapalitan ang FinFET), ang mga bagong uri ng mga substrate (tulad ng Ganap na Depleted na Silicon-on-Insulator na teknolohiya Ang GlobalFoundry ay bubuo); o mga bagong antas ng pagsasama ng antas ng system (tulad ng mga advanced na packaging, photonics ng silikon, at naka-embed na memorya).

Ang GlobalFoundries ay may dalawang mga roadmaps na ginagawa nito, sinabi ni Patton. Ang una ay batay sa kasalukuyang teknolohiya ng FinFET, at dinisenyo para sa mga aparato na may mataas na pagganap. Sa GlobalFoundries, nangangahulugan ito ng paglipat mula sa kasalukuyang proseso ng 14nm hanggang sa isang pagbabago ng proseso na ito ay tumatawag sa 12nm, at pagkatapos ay sa taong ito sa tinatawag na 7nm. Sinabi ni Patton na ito ay dapat na pinakaangkop sa mga mobile application processors at mataas na pagganap ng mga CPU at GPUS, na may GlobalFoundries na nangangako ng isang 40 porsyento na pagpapabuti sa pagganap ng aparato, at isang 60 porsyento na pagbawas sa kabuuang lakas kumpara sa proseso ng 14nm. Pantay-pantay na nagpipilit, dapat itong bawasan ang mga gastos sa kamatayan ng halos 30 porsiyento hanggang 45 porsyento sa nakaraang henerasyon.

Sa bahaging ito ng landmap, ang GlobalFoundries ay nasa katulad na kurso kung ihahambing sa mga roadmaps ng mga nakikipagkumpitensya na tela, tulad ng TSMC o Samsung.

Ngunit para sa iba pang mga aplikasyon, ang kumpanya ay nakatuon sa tinatawag na FDX, ang tatak nito para sa ganap na naubos na teknolohiya ng silikon-on-insulator. Ito ay isang planar na teknolohiya, na nangangahulugang hindi ito gumagamit ng 3D transistors, at sinabi ni Patton na nagbibigay ito ng mas epektibong solusyon para sa mga low-end at mid-tier na mobile processors, pati na rin ang mga processors para sa Internet ng mga bagay at maraming automotive mga aplikasyon. Habang ang ilan sa mga pananaliksik para sa ito ay nangyayari sa Malta, ang proseso ng FDX ay halos nakaayos sa Dresden, Germany. Ang kasalukuyang gawain sa prosesong ito ay nasa tinatawag ng GlobalFoundries na 22nm FDX node; ito ay nakatakda upang lumipat sa isang 12nm na proseso sa susunod na taon.

Nabanggit ni Caulfield na "ang isang pag-urong ay hindi sapat, " at upang pumunta sa susunod na node, ang GlobalFoundries ay dapat ding mag-alok ng mas maraming pagganap at magdala ng tunay na halaga sa mga customer. Nabanggit niya na ang kumpanya ay lumaktaw ng 20nm at kung ano ang tinawag ng iba na mag-focus sa 7nm at sinabi na ang node na ito ay nag-aalok ng isang 30 hanggang 45 porsyento na direktang pagbawas ng gastos kumpara sa 14nm, pag-offset ng medyo kailangan ng higit pang mga mask para sa karagdagang mga hakbang na kinakailangan ng maraming patterning.

Nabanggit ni Caulfield na higit sa kalahati ng mga kita ng kompanya ay nananatili sa mga mas lumang proseso ng node, tulad ng 28 at 40nm node. Ang planta ng Singapore ng kumpanya ay nakatuon sa 40nm at mas matandang proseso, at ang paggawa ni Dresden sa 22nm at mas matanda. Samantala, ang lahat sa Malta ay nakatuon sa 14nm at mas bagong proseso.

Sa 7nm, sinabi ni Caulfield, nais ng kumpanya na maging isang "mabilis na tagasunod, " habang sa FDX, nais nitong maging isang "nakakagambalang" kadahilanan sa merkado.

Nabanggit ni Patton na ang GlobalFoundries ay nagpakita ng isang 7nm test chip noong 2015, na binuo nito sa mga kasosyo sa IBM at ang Albany NanoTech Complex. Sa 5nm, pinag-uusapan ng kumpanya ang tungkol sa mga nanosheets o mga gate-all-around transistors, at isang pokus sa komunikasyon ng intra-module gamit ang 2.5D at 3D chip packaging sa mga interposer ng silikon upang ikonekta ang iba't ibang mga mamatay at hybrid na mga cube ng memorya. Sa mga kasosyo nito, ipinakita nito ang isang 5nm test chip noong nakaraang taon.

Sa loob ng maraming taon, napahanga ako sa kung gaano nagawa ang industriya ng chipmaking. Mahirap isipin ang isa pang industriya na lumipat sa ngayon, at napakabilis - at ang gawain ng mga gumagawa ng tool tulad ng ASML at mga tela tulad ng GlobalFoundries ay hindi kapani-paniwala. Ang mga hamon na kinakaharap nila sa pagsasakatuparan kahit na mas mabilis na mga chips at mas masidhing disenyo, ngunit ang aking pagbisita ay nagpapaalala sa akin ng kapwa kumplikado ng mga proseso ng paggupit na kasangkot at ang pag-unlad na patuloy nating nakikita.

Gaano ka malamang inirerekumenda ang PCMag.com?