화웨이와 중과원이 광각기를 개발할 가능성 분석.

첫째, 칩 제조 공정 소개

먼저 칩 제조 과정을 간단히 설명하여 아래 기술명사들을 이해하도록 하겠습니다. 만약 네가 이 과정을 이해한다면, 두 번째 읽기로 건너뛸 수 있다.

여기서는 주제와 무관한 웨이퍼 제조와 봉측 고리를 생략했다.

너는 우표 한 장을 새기는 과정을 상상할 수 있다. 음 (양) 으로 우표를 새겨야 한다고 가정해 봅시다. (글자는 오목하고 배경은 볼록하기 때문에 글자의 획을 공제해야 합니다.) 위의 두 글자는 인의입니다. 다음 예는 칩 제조 방법을 설명하기 위해 실제로 도장을 새기는 것은 그리 번거롭지 않다. 단계는 대략 1 입니다. 디자인: 종이에 새길 텍스트를 디자인합니다. 2. 각자: 각칼로 한 글자의 획을 새기다. 이 종이를 서체라고 합니다. 3. 도장의 각인 표면을 강화한다 (도장의 실제 조각에는 이런 단계가 없다). 페인트: 밀봉 기판에 페인트 층을 바르십시오. 5. 조판: 아트웍에 조판을 복사합니다 (조판을 아트웍에 깔고 선을 그립니다). 6. 문자표시: 한자와 획으로 덮인 물감을 제거하고 획이 없는 물감을 남깁니다. 도장의 페인트되지 않은 부분에 "인의" 라는 단어가 표시됩니다 (여기서는 미러 반전 문제가 무시됨). 7. 글자를 새기는 것, 즉 각칼로 페인트가 없는 부분을 새기는 것. 8. 페인트를 제거하고 나머지 페인트를 씻어냅니다.

칩을 만드는 단계는 위에서 설명한 용지 조각 단계와 일대일로 대응됩니다 (베이스보드 마감 및 다중 청소 단계 등 이 문서의 내용과 관련이 없는 다른 단계는 생략). ): 1. 칩 레이아웃/케이블 연결 설계 (설계에 해당). 2. 마스크를 만듭니다. 즉 디자인에 따라 레이아웃 패턴 마스크 (조각과 동일) 를 만듭니다. 3. 웨이퍼 표면 산화 (도장 각인 표면 처리에 해당) 4. 접착제, 즉 기판에 포토 레지스트를 바르는 것 (페인트칠에 해당). 5. 리소그래피, 즉 라이트를 사용하여 템플릿을 통해 리소그래피 (글꼴 복사와 동일) 을 비춥니다. 이 단계에서는 마스크 정렬기를 사용합니다. 6. 현상, 즉 빛에 비친 포토 레지스트의 일부를 제거하는 것 (현상기에 해당한다면). 7. 에칭, 즉 웨이퍼 표면의 산화막을 제거하여 아래의 고순도 실리콘 (각인에 해당) 을 노출시킵니다. 8. 탈착, 즉 웨이퍼 표면에 남아 있는 리소그래피 (탈페인트에 해당) 을 청소합니다.

리소그래피의 효과는 실리콘 표면의 실리카 필름의 패턴이 마스크와 정확히 일치하며, 마스크의 패턴을 실리콘 표면의 실리카로 옮기는 것과 같습니다. 실리카 표면에는 마스크와 정확히 일치하는 수많은 천창이 있습니다. 후속 공정을 위해 준비하는 것은 마치 마스크와 같은 패턴의 실리카 필름을 대량 복제하여 실리콘 표면에 붙이는 것과 같다.

칩 제작에는 또 다른 단계가 있습니다: 도핑, 서로 다른 금속 이온을 서로 다른 공예의 무수한 천창 아래에 있는 실리콘 라이닝에 주입하여 이러한 영역의 특성을 변경하여 필요한 반도체 전기적 특성 (즉, P 형 또는 N 형 반도체 형성) 을 형성합니다. 서로 다른 두 반도체 마이크로영역 사이에 단방향 P/N 매듭을 형성하고, 세 개의 연속 PNP 또는 NPN 영역에는 두 개의 P/N 매듭이 포함되어 있습니다.

VLSI 칩은 매우 복잡하며 수십 단계가 필요하다는 점을 지적해야 한다. 단계 1 칩은 한 번만, 2 단계는 한 번만 필요하지만 각 단계마다 다른 마스크를 만들어야 합니다. 단계 3 ~ 8 은 수십 번 반복해야 하고, 공정당 한 번, 매번 다른 마스크를 사용할 때마다, 프로세스마다 구체적인 단계가 크게 다를 수 있습니다 (예: 배선 공정). 하지만 리소그래피 단계는 항상 필요합니다.

둘째, 마스크 정렬기 연구 개발의 어려움과 칩 비용

리소그래피 기계에는 수만 개의 부품이 있으며, 그 중 가장 중요한 것은 EUV 광원, 렌즈 그룹 및 고정밀 작업대의 세 부분입니다. 만약 이 세 부분의 문제가 모두 해결된다면, 다른 부분의 관건은 그리 어렵지 않을 것이다. 이러한 문제를 이해하는 사람은 직접 3 번 올라갈 수 있다.

마스크 정렬기의 생산량과 생산성 및 최종 제품 비용에 영향을 미치는 몇 가지 핵심 요소:

1.EUV 광원 전력. 광원 전력이 클수록 생산성이 높아집니다. 웨이퍼 면적 (일반적으로 지름으로 측정, 보통 5, 8, 12 인치) 및 단일 칩의 크기에 따라 웨이퍼 하나에 수십 개에서 수백 개의 칩을 배열할 수 있기 때문입니다. 일반 마스크판은 하나의 칩만 덮고, 웨이퍼에 있는 각 칩은 하나의 공정에서 한 번 노출되어야 합니다. 하나의 칩에 500 개의 칩이 배열되어 있다면, 단일 공정은 500 번의 노출이 필요하다. 포토 레지스트의 감광 감도가 일정할 때 단일 칩이 한 공정에서 완전히 노출되는 데 걸리는 시간은 리소그래피의 출력 전력이나 광도에 따라 달라집니다. 출력 전력이 높을수록 노출 시간이 짧아지고 생산성이 높아집니다.

여기서는 EUV 광원의 시야와 발광 효율을 생략합니다.

렌즈 그룹의 광학 수차. 빛이 렌즈를 통과할 때 발산이 나타난다. 가장 분명한 예는 초광각 렌즈 이미징에서 가장자리 발산이 매우 뚜렷하다는 것이다. 많은 요인들이 의견 차이로 이어질 수 있다. 발산이 너무 크면 마스크를 통해 포토 레지스트에 투사되는 패턴도 그에 따라 발산되어 생산량이 감소합니다.

공작물 테이블의 위치 정확도를 이동합니다. 단일 칩에는 여러 개의 노출이 필요하기 때문에 하나의 웨이퍼에 있는 여러 칩을 노출하려면 먼저 인접한 칩 사이의 간격이 정확해야 하며, 둘째, 같은 칩의 각 노출은 이전 노출 위치와 정확하게 정렬되어야 합니다. 공작물 테이블 위치 지정 정확도가 떨어지면 수율이 떨어질 수 있으며 수율을 결정하는 주요 요인 중 하나입니다.

공작물 테이블 이동 속도. 칩 노출에 필요한 총 시간은 워크벤치가 칩 위치로 이동하고 위치 지정을 완료하는 시간과 단순 노출 시간입니다. 따라서 이동 및 위치 지정 속도가 빠를수록 생산성이 높아집니다. 이 지표와 위치 정확도는 서로 모순된다.

생산 라인의 수율과 효율성은 결국 최종 칩 비용에 반영됩니다.

웨이퍼 생산 라인의 다른 장비에 대한 처리 시간은 웨이퍼로 계산됩니다. 예를 들어, 단일 도핑 공정, 전체 웨이퍼에 있는 모든 칩은 한 번에 처리됩니다. 그러나 리소그래피 프로세스는 웨이퍼의 칩 수를 기준으로 계산됩니다. 즉, 웨이퍼 노출 프로세스에 필요한 총 시간은 단일 칩 위치 지정+노출 시간에 웨이퍼의 칩 수를 곱한 것입니다. 따라서 특정 생산량의 웨이퍼 생산 라인에서는 리소그래피 기계가 다른 장비보다 많고 리소그래피 기계의 효율이 낮을수록 생산 라인에 더 많은 리소그래피 기계가 필요합니다. 따라서 포토 레지스트의 효율성은 생산 라인 비용과 운영 비용에 영향을 미칩니다. 마지막으로 비효율적인 마스크 정렬기로 인한 생산 라인 비용도 칩의 자본 점유 및 운영 비용을 증가시킵니다.

셋째, 뉴스의 실제 성을 분석한다

만약 이 뉴스가 편성된다면, 왜 7nm 을 편성하지 않고 모두가 보는 데 익숙하지 않은 8nm 을 편성하는 것이 어떻겠습니까? (윌리엄 셰익스피어, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 뉴스명언) 이것은 간접적인 증거이지만 어렵다. 게다가 기술적 관점에서만 분석할 수 있다.

국내 작업대는 이전에 테스트한 것 같은데, 정렬 정확도가 몇 nm, 8nm 리소그래피 기계에 달할 수 있다고 하는데, 운동 속도 지표 (직접 생산효율과 직결됨) 는 잘 모르겠고, 아마도 외국의 최고 수준보다 더 나쁠 수도 있고, 개별 제품 비용은 더 높을 수 있다.

사실 EUV 광원도 중국에도 있지만 전력으로는 충분하지 않습니다. 결과는 필요한 노출 시간이 너무 길다는 것이다. 하나는 빛 내식제를 지탱하는 것이 더 민감하고 어렵다는 것이다. 다른 하나는 생산성에 심각한 영향을 미치는 것입니다. 어떻게 해결해야 할지 모르겠다. 개인은 라이트의 전력을 높일 수 있다고 생각하지만 사용 가능한 정도에 이르지는 않습니다 (예: 1 분 또는 몇 분 만에 노출을 완료할 수 있음). 여러 EUV 광원을 병렬로 연결하는 것이 가능할 수 있지만, 그럼에도 불구하고 asml 의 노출 효율 수준에 도달하지 못할 수 있습니다.

렌즈의 핵심은 높은 정밀도입니다. 그렇지 않으면 마스크 패턴이 칩에 투사되어 왜곡이 너무 커질 수 있습니다. 특히 렌즈 주변의 왜곡이 심합니다. 고정밀 렌즈 가공 기술은 돌파구가 될 수 있지만 이상적인 수준에 도달하지 못하면 이미징 라이트 필드 영역 (발산으로 인해 가장자리를 사용할 수 없음) 및 제품 수율에 영향을 줄 수 있습니다.

초점 거리가 가까우면 이미징 품질이 향상되지만 동일한 euv 광원이 더 가까운 초점 거리에서 강도가 떨어지고 노출 시간이 늘어나 생산성이 떨어집니다.

그래서 과거 중국의 EUV 리소그래피 기술은 실현되지 않았지만 기술 수준이 미달되어 양산된 리소그래피 효율성과 수율은 아스맥 제품과 경쟁할 수 없었다 (그리고 시야가 작은 문제가 있어 큰 칩을 만들 수 없어 생략하였다). (알버트 아인슈타인, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 예술명언)

생산성과 수율이 낮은 리소그래피 기계는 화웨이가 칩이 없는 문제를 해결하고 목숨을 건질 수 있다. 그렇다면 칩 비용에 영향을 미치는 이 두 가지 문제는 화웨이에게 견딜 수 있을 것 같다. 생존이 최우선 과제이기 때문이다.

하지만 또 한 가지 요인이 있다. 화웨이는 비밀리에 많은 기술을 개발해 이전에 금고에 잠겨 있었고, 일부는 제재를 받고 속속 꺼내고 있다. 구체적으로 어떤 것이 있는지, 얼마나 많은지, 외부는 분명하지 않다. 너는 화웨이가 다음 순간에 주머니에서 무엇을 꺼내야 할지 영원히 모른다.

예를 들어, Huawei 휴대 전화 공개 기술: 전산 광학. 이 알고리즘은 렌즈 변화를 보정하고 이미징 후 알려진 렌즈 변화에 따라 사진 데이터의 픽셀 위치, 밝기 및 색상을 보정하는 데 사용됩니다. 개인적으로 화웨이는 리소그래피 기계에서 이 기술을 사용할 수 있다고 생각한다. 렌즈가 좋지 않으면 알고리즘을 사용하여 이 특정 렌즈의 발산을 분석한 다음 발산이 발생하는 위치를 분석하고 하나 이상의 렌즈의 특정 위치를 미세 조정 (연마) 하여 여러 번 반복하면 결국 더 좋은 효과를 얻을 수 있습니다. 이렇게 안경팀의 가공 비용은 크게 증가할 것이지만, 현재 화웨이는 여전히 받아들일 수 있다.

또 다른 유사한 생각은 렌즈 그룹의 특정 발산 특성에 따라 능동적인 발산 마스크를 만들어 렌즈 그룹에서 발생하는 광학 발산을 상쇄하고 마스크를 통해 포토 레지스트 평면에 투영된 그래픽 발산을 줄이는 것입니다. 나는 이 생각이 얼마나 어려운지 모르겠다. EDA 소프트웨어가 특정 왜곡 데이터를 기반으로 왜곡 보정 마스크 설계를 생성하거나 EDA 출력을 입력으로 사용하여 왜곡 보정 마스크 데이터를 생성하는 별도의 소프트웨어가 필요할 수 있습니다.

이것은 우리가 알고 있는 것이고, 아마도 다른 흑기술도 있을 것이다.

예를 들어, 화웨이가 흑기술을 내놓을 가능성이 있는데, 소문에 나오는 리소그래피 기계는 아스맥의 기존 기술 노선과는 전혀 다른 기술 노선을 채택하여 리소그래피 기계의 실현을 크게 단순화할 수 있을까? 이렇게 해도 많은 특허 장벽을 피할 수 있다.

엑스레이 마스크 조준기 같은 거요? 그것의 파장은 더 짧고, 공예를 개선하는 데 더 유리하다. 하이테크 휴대폰 칩을 생산할 때 다른 조건 (포토 레지스트 감도, 리소그래피 출력 전력, 칩 제품 제조 공정 등) 이 같은 경우 ), 파장이 더 짧은 X-레이 마스크 리소그래피 기계의 생산성은 EUV 광원보다 두 배 향상되었습니다. 파장이 더 짧기 때문에 X-레이 리소그래피는 EUV 리소그래피 기계보다 더 높은 칩을 만드는 데 필요한 반복 노출 횟수를 더 이상 필요로 하지 않으므로 프로세스 수를 크게 줄이고 생산성을 높일 수 있습니다.

문제는 엑스레이 침투 성이 매우 강하여 마스크 제조가 그리 어렵지 않다는 것이다. 납 합금만 시험해 볼 수 있을 것 같아요. 엑스레이 초점 문제도 있습니다. 일반 광학 렌즈는 안 되고, 새로운 방법을 채택해야 한다. 다행히도, 이 X 선 초점 방식은 199 1 에 나타났는데, 당시에는 방사선 치료 설비에 사용되었고, 지금은 당시 특허가 만료되었다. X-레이 튜브의 출력 전력과 초점 광 경로도 있습니다. X-레이 민감성 포토 레지스트도 새로운 것입니다.

이런 엑스레이 리소그래피기의 기술 노선은 아스맥의 기존 리소그래피 기계와 완전히 다르다. 관련 기술 문제를 해결할 수 있다면 중국은 차세대 리소그래피 기계에 직접 들어갈 수 있으며 리소그래피 기계는 더 이상 공정 개선의 주요 제한 요소가 아닙니다.

또 다른 가능성은 미국 과학자들이 발명한 빈 유리 모세관을 이용해 엑스레이에 초점을 맞추는 방법으로 극자외선에 초점을 맞추는 것이다. 이 방법은 광학 렌즈가 없는 마스크 조준기에 사용됩니다.

그래서 저는 개인적으로 지금 8nm 의 리소그래피 기계를 개발하는 것이 가능하다고 생각하지만, 이렇게 빨리 하는 것은 놀랍습니다. 혹은 신뢰도가 저에게는 매우 낮은 것 같습니다. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 믿음명언) 그러나 SMIC 는 국산 칩에 필요한 장비와 재료의 검증을 담당했다고 한다. 지금 8nm 리소그래피 기계가 정말 나오면 SMIC 의 검증을 받아야 하는데 1 년 정도 걸립니다 (성숙한 제품보다 길어요). 진짜인지 가짜인지, 1 년이 더 걸려야 알 수 있다.

@ 짐 박사의 마스크팩 조준기 시리즈 문장 중 많은 지식을 얻었는데, 여기서 저의 고마움을 표현하고 싶습니다.

오리지널은 쉽지 않습니다. 지원해 주셔서 감사합니다.