Video: 2007 Connecticut Shingo Prize: ASML of Wilton, Connecticut (Tháng mười một 2024)
Khi nói đến việc chế tạo chip, nhỏ hơn là tốt hơn. Đó là, các bóng bán dẫn nhỏ hơn dẫn đến các chip đóng gói nhiều chức năng hơn trong một khu vực nhỏ hơn và trong lịch sử điều này đã dẫn đến việc cải tiến liên tục các sản phẩm cũng như chi phí điện toán thấp hơn, với mật độ tăng gấp đôi cứ sau hai năm. Nhưng trong những năm gần đây, sự cải tiến này đã chậm lại, một phần vì việc sử dụng các công cụ in thạch bản thông thường để sản xuất các dòng nhỏ hơn cần thiết cho các chip nhỏ hơn ngày càng khó hơn. Hy vọng lớn của ngành công nghiệp cho một bước đột phá là một thứ gọi là quang khắc cực tím (EUV).
Tôi đã viết về EUV trong nhiều năm và các máy thử nghiệm đầu tiên đã được cài đặt khoảng một thập kỷ trước tại các cơ sở nghiên cứu sản xuất chip tại SUNY và IMEC. Các nhà sản xuất chip lớn đã thử nghiệm máy EUV trong nhiều năm, nhưng gần đây đã nâng cấp máy của họ và cài đặt các mô hình mới, và hiện đang nói chuyện cởi mở về cách họ sẽ sử dụng EUV tại các nút sản xuất 7nm và 5nm của họ.
Tôi là một chút ngạc nhiên khi biết rằng thời gian gần đây một số thành phần quan trọng nhất của một hệ thống EUV đang thực sự được sản xuất tại Wilton, Connecticut, khoảng 45 dặm bên ngoài của New York.
Đầu tiên, một số nền tảng. Tất cả các con chip trong thiết bị điện tử mà bạn sử dụng ngày nay được sản xuất theo một loạt các bước phức tạp liên quan đến việc tạo khuôn bằng quang khắc, trong đó ánh sáng đi qua mặt nạ trên một tấm wafer silicon, đặt vật liệu lên wafer và khắc các phần không mong muốn liên tiếp để chế tạo các bóng bán dẫn và các thành phần khác của chip. Thông thường, một con chip đơn sẽ trải qua nhiều bước in thạch bản, tạo ra nhiều lớp. Trong hầu hết tất cả các chip hàng đầu hiện nay, các nhà sản xuất sử dụng một quá trình gọi là quang khắc ngâm 193nm, hoặc quang khắc DUV (tia cực tím sâu), trong đó ánh sáng có bước sóng 193nm được khúc xạ qua một chất lỏng lên chất quang dẫn để tạo ra các mẫu này.
Kiểu in thạch bản này có giới hạn cho đến khi kích thước của các đường kẻ mà nó có thể tạo ra trên Pass qua, do đó, trong nhiều trường hợp, các nhà sản xuất chip đã chuyển sang tạo một lớp nhiều lần để tạo ra thiết kế đề xuất. Thật vậy, hiện nay việc tạo khuôn đôi là phổ biến và thế hệ chip mới nhất của Intel và các hãng khác sử dụng một kỹ thuật gọi là tạo khuôn tứ giác tự liên kết (SAQP). Nhưng mỗi bước tạo mẫu bổ sung cần có thời gian và các lỗi trong việc sắp xếp các mẫu được căn chỉnh chính xác có thể khiến cho mỗi chip trở nên khó khăn hơn, do đó làm giảm năng suất của các chip tốt.
Quang khắc cực tím (EUV) sử dụng ánh sáng có bước sóng nhỏ hơn 13, 5nm. Điều này có thể mô hình hóa các tính năng tốt hơn nhiều, nhưng nó cũng đặt ra nhiều thách thức kỹ thuật. Vì nó đã từng giải thích với tôi, bạn bắt đầu bằng cách phun nóng chảy thiếc ở 150 dặm một giờ, nhấn nó với một laser trong một pre-xung để phân phối nó, phải thổi nó với tia laser khác để tạo ra một plasma, và sau đó trả lại ánh sáng tắt gương để tạo ra một chùm tia phải chạm vào wafer ở đúng vị trí. Nói cách khác, nó giống như cố gắng đánh một quả bóng chày trong khu vực một inch vào cùng một vị trí trên khán đài 10 tỷ lần một ngày. Để thực hiện công việc này, một nguồn năng lượng plasma công suất cao để cung cấp năng lượng cho ánh sáng là cần thiết và vì nó quá phức tạp, quá trình này đòi hỏi phải căn chỉnh chính xác tất cả các bộ phận trong hệ thống.
Do sự phức tạp này, ASML, nhà sản xuất công cụ in thạch bản lớn của Hà Lan, là công ty duy nhất sản xuất máy EUV và các thiết bị này yêu cầu các bộ phận và mô-đun từ một số cơ sở. Nhà máy tại Wilton ngày nay tạo ra các mô-đun quan trọng cho cả máy DUV và EUV, về cơ học quang học và cơ học chính xác, theo ASML Fellow Chip Mason.
Đặc biệt, nhà máy Wilton tạo ra mô-đun chiếm một phần ba cao nhất của máy Twinscan NXE: 3350B hiện tại, xử lý và căn chỉnh chính xác giai đoạn kẻ ô, từ đó giữ mặt nạ qua đó ánh sáng được chiếu để tạo ra mô hình, cũng như căn chỉnh wafer và cảm biến cân bằng. Các mô-đun hàng đầu bao gồm các mô-đun khác được sản xuất tại nhà máy.
Tổng giám đốc ASML Wilton Bill Amalfitano đã giải thích làm thế nào trong một máy EUV, mô-đun trên cùng xử lý mặt kẻ ô, đáy xử lý wafer và tay cầm giữa có quang học có độ chính xác rất cao, do Zeiss sản xuất.
Như Mason giải thích, việc định vị và căn chỉnh chính xác của mặt kẻ ô với quang học là rất quan trọng trong việc chế tạo chip. Để làm điều này, nhóm ở Wilton làm việc với các đội ở Hà Lan, một nhóm in thạch bản tính toán ở San Jose và một nhóm đo lường. Máy liên tục đo lường mọi thứ ở đâu và phản hồi lại các hiệu chỉnh trong một quy trình được gọi là "in thạch toàn diện". Tất cả các bộ phận được chuyển trở lại ASML tại Veldhoven, Hà Lan, nơi chúng sau đó được tích hợp vào hệ thống đầy đủ.
Các máy cuối cùng có kích thước khá lớn, khá lớn. Mason lưu ý rằng mỗi thế hệ công cụ in thạch bản mới đã mang lại một quy trình khó khăn hơn với các máy lớn hơn tạo ra các tính năng nhỏ hơn bao giờ hết. Tại thời điểm này, ông nói, không ai có thể là một chuyên gia trong toàn bộ quá trình, vì vậy nó đòi hỏi rất nhiều tinh thần đồng đội, cả trong nhà máy và với các địa điểm khác của công ty.
"Nó không giống như 10 năm trước khi nó dễ dàng", Mason nói đùa, lưu ý rằng các quy trình cũ hơn "dường như là không thể vào thời điểm đó."
Cũng phức tạp như vậy, các máy EUV hiện tại không phải là kết thúc của dòng. Mason cho biết công ty đang nghiên cứu EUV (khẩu độ số) cao, cùng với những cải tiến về kỹ thuật in khắc toàn diện và các tính năng hiệu chỉnh quang học bổ sung, để có thể in các tính năng tốt hơn. Cải thiện mật độ bóng bán dẫn là "công việc quan trọng", Mason nói, lưu ý rằng các nhân viên tại cơ sở cảm thấy có trách nhiệm cung cấp công nghệ mới.
Tôi đã có cơ hội đi bộ qua nhà máy với ASML Wilton GM Bill Amalfitano, người đã giải thích rằng việc sản xuất được thực hiện trong một căn phòng sạch 90.000 feet vuông, trong một cơ sở rộng 300.000 feet vuông.
Phòng sạch dường như tương đương với khoảng hai tầng, và thậm chí có vẻ chặt chẽ đối với một số thiết bị mới nhất, chẳng hạn như máy Twinscan EUV đầy đủ. Tất cả dường như được tổ chức rất tốt, với các trạm khác nhau để tạo ra hàng tá các hệ thống con khác nhau đi vào các mô-đun cuối cùng và mọi thứ được mã hóa màu theo chức năng.
Tôi tò mò không biết làm thế nào loại công việc này kết thúc ở Connecticut. Mason và Amalfitano, cả hai đã làm việc tại các cơ sở trong nhiều năm, giải thích rằng tất cả bắt đầu từ nhiều năm trước khi Perkins-Elmer, sau đó ở Norwalk, đang tạo ra quang học tiên tiến cho những thứ như gương cho kính viễn vọng Hubble. Công ty đó bắt đầu làm việc trên các công cụ in thạch bản vào cuối những năm 1960, và cuối cùng trở thành một trong những nhà cung cấp chính với các công cụ Micralign. Perkins-Elmer đã bán bộ phận này cho Tập đoàn Thung lũng Silicon vào năm 1990, sau đó đổi tên thành Tập đoàn Litva (SVGL), sau đó được ASML mua lại vào năm 2001.
Trên đường đi, Amalfitano giải thích, cơ sở đã tiếp tục mở rộng. Hiện tại, họ đang sử dụng hơn 1.200 người, và đang phát triển trên tổng số 16.000 nhân viên của ASML.
Tò mò về tốc độ internet băng thông rộng của bạn? Kiểm tra nó ngay bây giờ!
