ลิโทกราฟี ก้าวใหม่

ในมุมมองของ Multibeam วันนี้ถือได้ว่าเป็นก้าวสำคัญของอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ระดับโลก เนื่องจากได้เปิดตัว MB Platform ซึ่งเป็นลิโทกราฟีอีบีมแบบหลายคอลัมน์เครื่องแรกของโลก (MEBL) ที่สามารถทำให้โรงงานผลิตชิปดียิ่งขึ้นได้

ตามรายงานระบุว่าระบบลิโธกราฟีใหม่ซึ่งมีความสำคัญต่อการพิมพ์ลวดลายบนชิป เป็นระบบที่สร้างขึ้นสำหรับการผลิตจำนวนมาก เทคโนโลยีการสร้างลวดลายที่แม่นยำแบบอัตโนมัติเต็มรูปแบบจะถูกนำมาใช้ในการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว การบรรจุภัณฑ์ขั้นสูง การผลิตแบบผสมผสาน การระบุชิป เซมิคอนดักเตอร์แบบผสม และการใช้งานอื่นๆ Multibeam กล่าวว่าแพลตฟอร์มที่เพิ่งเปิดตัวใหม่นี้จะปฏิวัติการพิมพ์ด้วยลำแสงอิเล็กตรอน (EBL) ด้วยประโยชน์ด้านประสิทธิภาพการผลิตใหม่ ในขณะเดียวกันก็ให้ความละเอียดสูง คุณสมบัติที่ละเอียดอ่อน ระยะมองเห็นที่กว้าง และระยะชัดลึกที่กว้าง

แต่ในความเป็นจริงแล้ว เทคโนโลยีของ Multibeam ดูเหมือนจะถูกละทิ้งจากอุตสาหกรรมไปแล้ว มาดูกันว่าพวกเขาต้องการสร้างกระแสแบบไหน

การTเฮิร์ดOการเลือกไปที่Do Cสะโพก

เมื่อพิจารณาการผลิตชิปในปัจจุบัน จะพบว่ามีตัวเลือกหลักอยู่สามตัวเลือก ได้แก่ อุปกรณ์ประเภท EUV ของ ASML, การพิมพ์นาโนและการเขียนโดยตรงแบบมัลติบีม ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน

ในบรรดานั้น เทคโนโลยีการพิมพ์หิน EUV ได้รับการนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายมาก่อน ดังนั้นเราจะไม่ดำเนินการในเชิงลึก แต่สิ่งที่เราต้องเข้าใจก็คือ ด้วยการย่อขนาดของกระบวนการชิป ต้นทุนการพัฒนาและการผลิตของเครื่องจักรการพิมพ์หิน แม้แต่มาสก์และโฟโตเรซิสต์ก็จะกลายเป็นอุปสรรคต่อความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีการพิมพ์หิน แต่ด้วยการวิจัยและพัฒนาและการส่งเสริมในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา วิธีการผลิตนี้ได้กลายเป็นกระแสหลัก

ตั้งแต่ทศวรรษ 1990 เป็นต้นมา NIL อยู่ในช่วงวิจัยและพัฒนาที่คล้ายกับกระบวนการปั๊มขึ้นรูป ในขั้นต้น ระบบลำแสงอิเล็กตรอนจะสร้างลวดลายบนเทมเพลตตามการออกแบบที่กำหนดไว้ล่วงหน้า จากนั้นจึงทาตัวต้านทานลงบนวัสดุพิมพ์แยกต่างหาก เทมเพลตที่มีลวดลายจะถูกกดลงบนวัสดุพิมพ์เพื่อสร้างลวดลายบนวัสดุพิมพ์ที่มีขนาดคุณสมบัติต่ำถึง 5 นาโนเมตรหรือเล็กกว่านั้น ในแง่ของการใช้งาน NIL แบ่งออกเป็นสองกลุ่ม ได้แก่ หน่วยความจำและอื่นๆ ในบรรดากลุ่มเหล่านี้ Canon ได้พัฒนาระบบ NIL ที่ออกแบบมาสำหรับการผลิตแฟลช NAND และหน่วยความจำประเภทอื่นๆ มาเป็นเวลาพอสมควรแล้ว

อย่างไรก็ตาม สำหรับ NIL นั้น จะต้องเผชิญกับความท้าทายต่างๆ เช่น การซ้อนทับ อัตราข้อบกพร่อง และผลผลิต ซึ่งป้องกันไม่ให้ NIL กลายมาเป็นเทคโนโลยีกระแสหลัก "การพิมพ์หินเป็นวิธีการสร้างรูปแบบการสัมผัส การพิมพ์หินใช้ในแอปพลิเคชันที่ทนทานต่อข้อบกพร่อง นักวิเคราะห์เน้นย้ำ การเขียนผ่านด้วยลำแสงหลายลำเป็นอีกทางเลือกหนึ่ง เช่นเดียวกับการพิมพ์นาโน นี่ไม่ใช่เทคโนโลยีใหม่จริงๆ

ย้อนกลับไปในยุค 80 ของศตวรรษที่ 20 บริษัท IBM ได้พัฒนาเทคโนโลยีการพิมพ์หินแบบเขียนตรงนี้ โดยหลักการแล้ว การเขียนตรงแบบหลายลำแสงจะใช้ลำแสงอิเล็กตรอนที่เร่งความเร็วเพื่อกำหนดลักษณะเฉพาะที่มีขนาดเล็กกว่า 10 นาโนเมตรบนพื้นผิวที่เคลือบด้วยโฟโตเรซิสต์ที่ไวต่อลำแสงอิเล็กตรอน การสัมผัสกับลำแสงอิเล็กตรอนจะเปลี่ยนความสามารถในการละลายของโฟโตเรซิสต์ ทำให้สามารถลบพื้นที่ที่โดนแสงหรือไม่โดนแสงของโฟโตเรซิสต์ออกได้บางส่วนโดยการจุ่มโฟโตเรซิสต์ลงในสารปรุงแต่ง

เนื่องจากไม่จำเป็นต้องใช้หน้ากากภาพราคาแพง เทคนิคการเขียนโดยตรงจึงน่าสนใจ อย่างไรก็ตาม ปริมาณงานของการพิมพ์หินด้วยลำแสงอิเล็กตรอนแบบลำแสงเดียวช้าเกินไปและมีราคาแพงเกินไปสำหรับการผลิต IC จำนวนมาก นักวิเคราะห์ยังบอกอย่างตรงไปตรงมาว่าปัญหาที่แท้จริงของการเขียนโดยตรงคือปริมาณงาน การเขียนโดยตรงลงในการพิมพ์หินแม้ว่าจะมีลำแสงหลายแสนหรือหลายล้านลำแสงก็ตาม ก็ยังช้าเกินไปสำหรับการพิมพ์หินแบบเวเฟอร์

ด้วยเหตุนี้ เครื่องมือเขียนตรงแบบลำแสงเดี่ยวจึงใช้ได้เฉพาะกับแอปพลิเคชันเฉพาะ เช่น เซมิคอนดักเตอร์แบบผสมและโฟโตนิกส์ ผู้เล่นในช่วงแรกๆ เช่น KLA, Mapper ออกจากตลาด และผู้ที่ถูกซื้อกิจการก็ถูกซื้อกิจการเช่นกัน

แต่ Multibeam ยังคงมั่นใจ โดยพวกเขาหวังว่าจะสามารถฟื้นคืนเทคโนโลยีเก่าแก่นี้ด้วยเทคโนโลยี MEBL ได้ โดยผู้ก่อตั้ง Multibeam กล่าวว่าเทคโนโลยีนี้มีความรวดเร็วเทียบเท่ากับแท่นพิมพ์หรือเครื่องพิมพ์ 3 มิติ แต่มีความยืดหยุ่นในการปรับแต่งและปรับเปลี่ยนได้เหมือนดินสอ

David K. Lam ประธานเจ้าหน้าที่บริหารและประธานบริษัท Multibeam กล่าวในการสัมภาษณ์ว่า Multibeam สามารถทำให้ชิ้นส่วนบางส่วนของการผลิตชิปมีประสิทธิผลมากกว่าระบบที่มีอยู่เดิมถึง 100 เท่า

A Gการเปลี่ยนแปลงเอเม่Dอุปกรณ์

ในความเห็นของ Multibeam ถือเป็นการเปลี่ยนแปลงครั้งสำคัญ ตามรายงานระบุว่าเพื่อแก้ไขปัญหาปริมาณงานในกระบวนการผลิต Multibeam จึงใช้คอลัมน์ขนาดเล็กหลายคอลัมน์ซึ่งสามารถทำงานได้แยกกันและแบบขนาน และติดตั้งระบบควบคุมขั้นสูง

ตามรายงาน ทีมงานของบริษัทได้ออกแบบแพลตฟอร์มตั้งแต่เริ่มต้นเพื่อให้สามารถผลิตเป็นจำนวนมากได้ และสิทธิบัตรมากกว่า 40 ฉบับได้คุ้มครองนวัตกรรมเหล่านี้ นอกจากสถาปัตยกรรมการเขียนเวกเตอร์แบบหลายคอลัมน์ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพ ความแม่นยำ และความเร็วแล้ว แพลตฟอร์มนี้ยังให้การโหลดและการจัดตำแหน่งเวเฟอร์อัตโนมัติตั้งแต่ตลับเทปไปจนถึงกระบวนการเปิดรับแสงในระบบอีกด้วย

นอกจากนี้ ระบบการกู้คืนสูญญากาศอัตโนมัติและกระบวนการเปลี่ยนคอลัมน์อย่างรวดเร็วและเทคโนโลยีการสอบเทียบยังช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำงาน คุณสมบัติการทำงานอัตโนมัติขั้นสูงช่วยลดความต้องการของผู้ปฏิบัติงานและลดต้นทุนการเป็นเจ้าของระบบอีกด้วย

เนื่องจากเป็นโซลูชันการพิมพ์แบบไร้หน้ากาก แพลตฟอร์มนี้จึงมีข้อดีอื่นๆ อีกด้วย การพัฒนาหน้ากากออปติกอาจใช้เวลาหลายสัปดาห์ ในขณะที่แพลตฟอร์ม MB ใช้เวลาเพียงไม่กี่ชั่วโมงในการออกแบบให้เสร็จสมบูรณ์ ซึ่งช่วยให้ผู้ผลิตมีอิสระในการออกแบบ IC มากขึ้น ขณะเดียวกันก็ลดต้นทุนและเร่งเวลาในการออกสู่ตลาด

เพื่อเพิ่มความยืดหยุ่นในการออกแบบให้ดียิ่งขึ้น แพลตฟอร์มนี้ใช้เทคโนโลยีจาก Synopsys ซึ่งเป็นบริษัทชั้นนำด้าน EDA เพื่อสร้างสูตรการเขียนข้อมูล ซึ่งช่วยให้ลูกค้าสามารถสร้างรูปแบบที่ซับซ้อนที่สุดได้ ด้วยระบบการเตรียมข้อมูลในตัวอันทรงพลังที่พัฒนาร่วมกับ Synopsys ระบบจะเขียนเลย์เอาต์ไดโดยตรงลงบนเวเฟอร์โดยไม่ต้องใช้มาสก์

“เราได้คิดค้นเทคนิคการพิมพ์หินด้วยลำแสงอิเล็กตรอนขึ้นมาใหม่โดยพื้นฐานแล้ว” แลมกล่าว “เรารู้ดีว่าเทคนิคนี้ถูกละเลยมานานหลายทศวรรษ ผู้คนคิดว่าเทคนิคนี้ช้าเกินไป หากฉันไม่ได้ถูกเยาะเย้ย ฉันก็ถือว่าโชคดีแล้ว อย่างไรก็ตาม ทีมงานนี้ได้ทุ่มเทความพยายามอย่างมากในทุกแง่มุมเพื่อพัฒนาฟีเจอร์ที่ไม่สามารถทำได้ด้วยเทคโนโลยีออปติกของ (คู่แข่ง)”

Ken MacWilliams ประธานบริษัท Multibeam กล่าวว่าซิลิคอนเฉพาะทางสามารถช่วยให้ผู้ออกแบบชิปนำผลิตภัณฑ์ออกสู่ตลาดได้เร็วขึ้น ด้วยนวัตกรรมด้านบรรจุภัณฑ์ บริษัทออกแบบชิปอย่าง Nvidia สามารถใส่ชิปสองตัวไว้ในแพ็คเกจเดียวกันและทำงานร่วมกันราวกับว่าเป็นชิปตัวเดียว ซึ่งจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงาน

สุดท้าย เนื่องจากมีขนาดเล็ก ระบบจึงมีความต้องการพลังงานน้อยลงและต้องการพื้นที่โรงงานน้อยลง การออกแบบแบบแยกส่วนทำให้สามารถเพิ่มโมดูลตามความต้องการของแอปพลิเคชันใหม่หรือปริมาณงานที่มากขึ้นได้อย่างง่ายดาย นอกจากนี้ ระบบยังเป็นอิสระอย่างสมบูรณ์และไม่ต้องใช้สภาพแวดล้อมพิเศษ ซึ่งช่วยลดต้นทุนได้อีกด้วย ระบบนี้มีให้เลือกใช้ในรูปแบบ 150 มม. 200 มม. และ 300 มม.

ในขณะนี้ Multibeam ยังไม่ได้เปิดเผยความละเอียดทางกายภาพสูงสุดที่สามารถทำได้ หรือจำนวนลำแสงที่สามารถทำงานแยกกันบนแพลตฟอร์ม MB อย่างไรก็ตาม บริษัทระบุว่าลำแสงแต่ละลำทำงานที่ 5kV บริษัทอ้างว่าแพลตฟอร์ม MB ของตนมีความคมชัดสูงกว่าเลเซอร์ออปติคัล 10 เท่า และสูงกว่าลิโธกราฟีออปติคัล 100 เท่า ในแง่ของระยะชัดลึกและระยะมองเห็น

“เรารู้สึกตื่นเต้นที่จะเปิดตัวแพลตฟอร์ม MB และภูมิใจที่จะส่งระบบการผลิตชุดแรกของเราไปที่ SkyWater” Lam กล่าว “การเติบโตของอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ยังคงขับเคลื่อนโดยแอปพลิเคชันใหม่ที่น่าตื่นเต้น โดยการพิมพ์หินขั้นสูงเป็นแรงผลักดันให้เกิดนวัตกรรมที่ไม่มีที่สิ้นสุด ในเวลาเดียวกัน ตลาดเช่น AI และการประมวลผลแบบเอจกำลังเติบโตอย่างรวดเร็ว โดยขับเคลื่อนด้วยซิลิคอนเฉพาะทางและบรรจุภัณฑ์ขั้นสูง และผู้ผลิตมีความสำคัญสูงสุดสำหรับวงจรการเรียนรู้ที่รวดเร็วและการเปลี่ยนผ่านสู่การผลิตที่คุ้มทุนและราบรื่นเพื่อเร่งเวลาออกสู่ตลาด สำหรับตลาดเกิดใหม่เหล่านี้ แพลตฟอร์ม MB มอบโซลูชันการพิมพ์หินเสริมและขยายขอบเขตของตัวเลือกการพิมพ์หินที่มีให้กับผู้นำด้าน IC” Lam กล่าวต่อ

ขั้นสูงPบรรจุภัณฑ์คือTประเด็นเหรอ?

แม้ว่า EBL จะได้รับการยกย่องในด้านความสามารถในการสร้างรูปแบบ แต่ปริมาณการผลิตที่ต่ำทำให้ไม่สามารถย้ายแอปพลิเคชันใหม่ๆ จาก R&D ไปสู่การผลิตได้ เมื่อแพลตฟอร์ม MB พัฒนาขึ้น แอปพลิเคชันใหม่ๆ ก็เกิดขึ้น ซึ่งต้องมีข้อกำหนดด้านเทคนิค เศรษฐกิจ และระยะเวลาในการนำสินค้าออกสู่ตลาด ซึ่งโซลูชันการพิมพ์หินแบบไม่ใช้หน้ากากจะตอบโจทย์ได้

 

MacWilliams กล่าวว่า "พลวัตนี้ตอกย้ำความเชื่อของเราว่าระบบ EBL ที่ได้รับการออกแบบใหม่เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานนั้นสามารถนำมาใช้กับโหนดขั้นสูงได้เป็นครั้งแรก" "ประโยชน์ด้านประสิทธิภาพนั้นน่าสนใจเป็นพิเศษในบรรจุภัณฑ์ขั้นสูง ซึ่งระบบของเราสามารถปรับปรุงพลังงานระหว่างชิป รวมถึงแบนด์วิดท์และความหน่วงได้ สิ่งนี้ช่วยขับเคลื่อนสิ่งที่อุตสาหกรรมเริ่มเรียกว่า 'การผสานรวมขั้นสูง' ของเทคโนโลยีใหม่ ซึ่งการเชื่อมต่อระหว่างชิปใหม่สามารถให้ประสิทธิภาพที่เทียบเคียงได้กับการเชื่อมต่อบนชิป"

MacWilliams กล่าวเสริมว่า "เรารู้สึกภูมิใจที่สามารถสร้างการเปลี่ยนแปลงนี้ได้ด้วยโซลูชันการพิมพ์หินที่ผ่านการพิสูจน์แล้วจากการผลิต และมั่นใจว่าระบบของเราจะช่วยให้ผู้ผลิตชิปคว้าโอกาสใหม่ๆ ในตลาดที่ทำกำไรได้" นอกจากนี้ เขายังกล่าวอีกว่าเวเฟอร์ซิลิคอนเฉพาะทางสามารถช่วยให้ผู้ออกแบบชิปนำผลิตภัณฑ์ออกสู่ตลาดได้เร็วขึ้น ด้วยนวัตกรรมด้านบรรจุภัณฑ์ บริษัทออกแบบชิปอย่าง Nvidia สามารถใส่ชิปสองตัวไว้ในแพ็คเกจเดียวกันและทำงานร่วมกันราวกับว่าเป็นชิปตัวเดียว ซึ่งจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพได้

“เราต้องยอมรับว่ากฎของมัวร์สิ้นสุดลงแล้ว” แลมกล่าว “แผนงานของ ASML แสดงให้เห็นว่าความหนาแน่นของทรานซิสเตอร์จะเพิ่มขึ้นสูงสุดเพียง 0.7 เท่าในช่วง 12 ถึง 14 ปีข้างหน้า ดังนั้น วิธีเดียวที่จะได้รับประโยชน์อย่างแท้จริงคือการเย็บชิปเข้าด้วยกันมากขึ้น ส่งผลให้มีแรงกดดันอย่างมากต่อบรรจุภัณฑ์ขั้นสูง เรามีกราฟที่น่าสนใจ และด้วยเหตุนี้ กฎของมัวร์จึงทำให้ความหนาแน่นของทรานซิสเตอร์เพิ่มขึ้นเป็น 20 เท่าในช่วง 500 ปีที่ผ่านมา บรรจุภัณฑ์ขั้นสูงดีขึ้นเพียง 15 เท่าเท่านั้น”

คุณคิดอย่างไรเกี่ยวกับอนาคตของ Multibeam?