Китай изучает новые возможности обойти ограничения на литографические машины, которые используются в производстве микрочипов. Используя ускорители частиц для создания нового лазерного источника, исследователи закладывают основу для будущего производства полупроводников. Сейчас разрабатываются планы построить ускоритель частиц с окружностью 100–150 метров. Электронный луч ускорителя превратится в высококачественный источник света для производства чипов и научных исследований. Китайский проект направлен на локализацию производства путем строительства колоссальной фабрики, на которой размещено несколько литографических машин вокруг одного ускорителя. Это нововведение может способствовать крупномасштабному и недорогому производству чипов и потенциально вывести Китай на лидирующую роль в промышленном производстве передовых чипов. Системы литографии являются одними из самых сложных машин, когда-либо созданных человеком. В настоящее время крайний ультрафиолет (EUV) с ультракороткой длиной волны широко используется при производстве чипов с узлами 7 нм и ниже. ASML — единственная компания, владеющая этой технологией и, следовательно, доминирующая на рынке. Хотя многие исследователи преследуют эту технологию, китайские ученые исследуют другой путь. Этот проект реализуется с 2017 года, но благодаря достижениям Huawei в производстве чипов недавно он стал достоянием общественности. Теорией, лежащей в основе исследования команды, является новый механизм люминесценции, называемый устойчивым микрогруппированием (SSMB). Впервые его предложили профессор Чжао Ву из Стэнфордского университета и его ученик Дэниел Ратнер в 2010 году. Теория SSMB использует энергию, выделяемую заряженными частицами во время ускорения, в качестве источника света. Результатом является узкая полоса пропускания, небольшой угол рассеяния и непрерывный чистый EUV-свет. Заряженные частицы излучают свет при ускорении, и ускорители, использующие это явление, являются одними из самых ярких доступных искусственных источников света. Основная задача заключается в управлении распределением электронов внутри накопительного кольца ускорителя, заставляя их достигать коллективного синхронного излучения. Устройство может генерировать высококачественное излучение от терагерцовых волн с длиной волны 0,3 мм до волн EUV с длиной волны 13,5 нм. В отличие от лазеров на свободных электронах, которые производят импульсные лазеры с высокой пиковой мощностью, источники SSMB производят непрерывный свет с высокой средней мощностью. Эта характеристика привела к широким перспективам применения SSMB. По сравнению с нынешней технологией ASML EUV, SSMB является более идеальным источником света. Она имеет более высокую среднюю мощность и более высокую производительность чипов при более низкой себестоимости единицы продукции. ASML получает источник EUV из создаваемой лазером плазмы, где сильные лазерные импульсы проецируются на жидкие микрокапли олова. Лазер дробит капли и во время удара производит импульсный свет EUV. После сложной фильтрации и фокусировки получается источник EUV-света мощностью около 250 Вт. Прежде чем достичь чипа, EUV-луч подвергается отражению от 11 зеркал, каждое из которых приводит к потере около 30% энергии. В результате мощность луча при достижении пластины составляет менее 5 Вт. Это может стать проблемой, когда производство перейдет на 3 или 2 нм. Технология SSMB позволяет избежать подобных проблем. Лучи SSMB достигают более высокой выходной мощности — 1000 Вт, а из-за узкой полосы пропускания требуется меньше отражающих зеркал, что, естественно, генерирует более высокую выходную мощность. Команда провела первый этап проверки на метрологическом источнике света (MLS) в Берлине, Германия. В 2019 году эксперимент оказался успешным, и в 2021 году они опубликовали статью, иллюстрирующую это явление, в рецензируемом журнале Nature. Затем в 2022 году команда разработала еще один прототип в Университете Цинхуа. Создание завода по производству микросхем зависит от финансовых средств и других инженерных деталей. Но что еще более важно, новые идеи могут открыть новые технические пути. Для создания пригодной к использованию системы литографии требуются постоянные технологические инновации на основе источников света SSMB EUV и сотрудничество с добывающими и перерабатывающими предприятиями. Реализация источников света SSMB-EUV предоставит новые инструменты для передовых исследований в области материаловедения, фундаментальной физики, биохимии и других дисциплин.

Наука

В Китае планируют наладить инновационное производство чипов

Автор: Загудалина Диана

10:08 25-09-2023

Фото: © A. Krivonosov

Установите приложение "ЦСН"

В Китае появится завод по производству чипов, управляемый ускорителем частиц

Китай изучает новые возможности обойти ограничения на литографические машины, которые используются в производстве микрочипов. Используя ускорители частиц для создания нового лазерного источника, исследователи закладывают основу для будущего производства полупроводников. Сейчас разрабатываются планы построить ускоритель частиц с окружностью 100–150 метров. Электронный луч ускорителя превратится в высококачественный источник света для производства чипов и научных исследований.

Китайский проект направлен на локализацию производства путем строительства колоссальной фабрики, на которой размещено несколько литографических машин вокруг одного ускорителя. Это нововведение может способствовать крупномасштабному и недорогому производству чипов и потенциально вывести Китай на лидирующую роль в промышленном производстве передовых чипов.

Системы литографии являются одними из самых сложных машин, когда-либо созданных человеком. В настоящее время крайний ультрафиолет (EUV) с ультракороткой длиной волны широко используется при производстве чипов с узлами 7 нм и ниже. ASML — единственная компания, владеющая этой технологией и, следовательно, доминирующая на рынке.

Хотя многие исследователи преследуют эту технологию, китайские ученые исследуют другой путь. Этот проект реализуется с 2017 года, но благодаря достижениям Huawei в производстве чипов недавно он стал достоянием общественности.

Теорией, лежащей в основе исследования команды, является новый механизм люминесценции, называемый устойчивым микрогруппированием (SSMB). Впервые его предложили профессор Чжао Ву из Стэнфордского университета и его ученик Дэниел Ратнер в 2010 году. Теория SSMB использует энергию, выделяемую заряженными частицами во время ускорения, в качестве источника света. Результатом является узкая полоса пропускания, небольшой угол рассеяния и непрерывный чистый EUV-свет. Заряженные частицы излучают свет при ускорении, и ускорители, использующие это явление, являются одними из самых ярких доступных искусственных источников света.

Основная задача заключается в управлении распределением электронов внутри накопительного кольца ускорителя, заставляя их достигать коллективного синхронного излучения. Устройство может генерировать высококачественное излучение от терагерцовых волн с длиной волны 0,3 мм до волн EUV с длиной волны 13,5 нм. В отличие от лазеров на свободных электронах, которые производят импульсные лазеры с высокой пиковой мощностью, источники SSMB производят непрерывный свет с высокой средней мощностью.

Эта характеристика привела к широким перспективам применения SSMB. По сравнению с нынешней технологией ASML EUV, SSMB является более идеальным источником света. Она имеет более высокую среднюю мощность и более высокую производительность чипов при более низкой себестоимости единицы продукции.

ASML получает источник EUV из создаваемой лазером плазмы, где сильные лазерные импульсы проецируются на жидкие микрокапли олова. Лазер дробит капли и во время удара производит импульсный свет EUV. После сложной фильтрации и фокусировки получается источник EUV-света мощностью около 250 Вт.

Прежде чем достичь чипа, EUV-луч подвергается отражению от 11 зеркал, каждое из которых приводит к потере около 30% энергии. В результате мощность луча при достижении пластины составляет менее 5 Вт. Это может стать проблемой, когда производство перейдет на 3 или 2 нм. Технология SSMB позволяет избежать подобных проблем. Лучи SSMB достигают более высокой выходной мощности — 1000 Вт, а из-за узкой полосы пропускания требуется меньше отражающих зеркал, что, естественно, генерирует более высокую выходную мощность.

Команда провела первый этап проверки на метрологическом источнике света (MLS) в Берлине, Германия. В 2019 году эксперимент оказался успешным, и в 2021 году они опубликовали статью, иллюстрирующую это явление, в рецензируемом журнале Nature. Затем в 2022 году команда разработала еще один прототип в Университете Цинхуа.

Создание завода по производству микросхем зависит от финансовых средств и других инженерных деталей. Но что еще более важно, новые идеи могут открыть новые технические пути. Для создания пригодной к использованию системы литографии требуются постоянные технологические инновации на основе источников света SSMB EUV и сотрудничество с добывающими и перерабатывающими предприятиями. Реализация источников света SSMB-EUV предоставит новые инструменты для передовых исследований в области материаловедения, фундаментальной физики, биохимии и других дисциплин.