تدعي شركة Dai Nippon Printing (DNP) اليابانية أنها طورت قالبًا للطباعة الحجرية النانوية قادرًا على تنميط المنطق بحجم ميزة يبلغ 1.4 نانومتر، مع خطط للإنتاج الضخم في عام 2027. وتقوم Canon، التي أمضت سنوات في متابعة الطباعة الحجرية النانوية كبديل منخفض الطاقة لـ EUV، بشحن أول أدواتها مقاس 300 ملم إلى شركاء البحث الأوائل.
تشير الشركتان معًا إلى الطباعة كوسيلة لخفض استهلاك طاقة الطباعة الحجرية بنسبة تصل إلى 90% للعقد المتقدمة. مع استعداد TSMC وSamsung لإنتاج كميات كبيرة من 1.4 نانومتر خلال السنوات القليلة المقبلة، يأتي إعلان DNP تمامًا في الوقت الذي تتصاعد فيه تكلفة ومتطلبات الطاقة الخاصة بـ EUV بشكل أسرع في المصانع الرائدة. تعد هذه التكنولوجيا بتحول جذري في اقتصاديات صناعة الرقائق، ولكن ما إذا كانت قادرة على تلبية متطلبات العيوب والتراكب والإنتاجية للمنطق كبير الحجم يظل سؤالًا مفتوحًا وملحًا.
ارتفاع كبير في استخدام الطاقة
لقد اعتادت الصناعة على الحديث عن مقدار الطاقة التي تستهلكها رقائق الذكاء الاصطناعي النهائية، ومع ذلك فإن الطاقة اللازمة لتصنيع تلك الرقائق نمت بوتيرة مماثلة. تستهلك كل ماسحات ضوئية بالأشعة فوق البنفسجية طاقة تعادل ما تستهلكه مدينة صغيرة – 1400 كيلووات لكل أداة – مما يعني أن المصانع الحديثة التي تشغل عشرات من وحدات الأشعة فوق البنفسجية يجب أن تحتفظ بقدرة كهربائية هائلة قبل الكشف عن رقاقة واحدة. يتفاقم هذا الاستخدام المتزايد للطاقة من خلال حقيقة أن ميزات الانكماش التي تقل عن 2 نانومتر تزيد من عدد التمريرات والتعريضات المطلوبة، مما يزيد من استهلاك الطاقة لكل رقاقة للجيل التالي من الأشعة فوق البنفسجية عالية NA.
تقدم Canon، التي طالما جادلت بأن الصناعة بحاجة إلى بديل، نظام الطباعة الحجرية النانوية (NIL) الذي يقوم بتشكيل الرقاقات عن طريق ختم قالب مُشكل مسبقًا مباشرة على المقاومة بدلاً من عرض النمط بصريًا. يمكن أن يكون سعر هذه المعدات أقل بكثير من الأشعة فوق البنفسجية، وقد ادعت شركة Canon أن التكنولوجيا تستخدم طاقة أقل بنسبة تصل إلى 90٪. في العام الماضي فقط، سلمت الشركة أول أداة تجارية FPA-1200NZ2C إلى معهد تكساس للإلكترونيات المدعوم من إنتل وسامسونج، بعد 20 عامًا من بدء أبحاث NIL.
لقد تم النظر إلى NIL ببعض الشك في السنوات الأخيرة بسبب عدم توافقه مع كل من DUV و EUV، والنظرة الأكثر تقليدية القائلة بأن NIL لا يمكنه تلبية متطلبات استقرار التراكب أو العيوب اللازمة للمنطق المعبأ بإحكام في الأشكال الهندسية أقل من 2 نانومتر. تعد مادة قالب DNP الجديدة هي المحاولة الأولى لتحدي هذا الافتراض بمواصفات محددة وجدول زمني للتسويق.
نافذة 1.4 نانومتر
يقال إن قالب DNP يحقق عرض خطوط يبلغ 10 نانومتر ويتم تقييمه قبل الإنتاج الضخم المخطط له في عام 2027. وفي الوقت نفسه، من المقرر أن يتم إنتاج العقدة من فئة TSMC ذات 1.4 نانومتر في نفس العام، مع إنتاج أوسع في عام 2028، وقد استهدفت سامسونج نافذة مماثلة. ومن المتوقع أن تعتمد الشركتان على تقنية EUV في غالبية خطوات النمذجة، ولكن لن تكون أي منهما غافلة عن ضغوط التكلفة. سيكون هناك ترحيب بمسار الزخرفة الثانوي الذي يقلل من حمل الأشعة فوق البنفسجية، بشرط أن يزيل العقبات الهندسية.
لقد طرحت شركة Canon بصمة النانو ليس كبديل للأشعة فوق البنفسجية ولكن كأداة تكميلية لطبقات وهياكل محددة. غالبًا ما يعتمد الزخرفة المتقدمة عند أقل من 2 نانومتر على تقنيات مثل الزخرفة المزدوجة والرباعية ذاتية المحاذاة لتوسيع الدقة إلى ما هو أبعد من حدود التعرض الفردي، وقد اكتشف بعض الباحثين كيف تتناسب أساليب الطباعة الحجرية البديلة، مثل NIL، مع هذه المخططات. لا أحد يدعي أنه يمكن تصنيع شريحة 1.4 نانومتر بالكامل من خلال الطباعة؛ بدلاً من ذلك، الاقتراح هو أن بعض الطبقات، المكشوفة حاليًا باستخدام الأشعة فوق البنفسجية، يمكن نقلها إلى سير عمل أقل تكلفة وأقل طاقة.
يمكن أن يكون لذلك تداعيات مهمة على التحكم في التكلفة، حيث أن كل خطوة من خطوات EUV تضيف استهلاك الطاقة ووقت المعالجة. إذا أمكن استبدال عدد قليل منها ببصمة نانوية دون التضحية بالتجانس أو الإنتاجية، فستكتسب المصانع مرونة إضافية. وعندما نتحدث عن خط إنتاج 1.4 نانومتر ينتج عشرات الآلاف من الرقائق شهريًا، فحتى التخفيضات الهامشية في الاعتماد على الأشعة فوق البنفسجية يمكن أن تترجم إلى وفورات ضخمة.
إذا تمكن قالب DNP من تحقيق الدقة المطلوبة لمنطق 1.4 نانومتر، فإن أكبر عقبة متبقية هي حجم التصنيع. تعتمد البصمة على نمط ميكانيكي رئيسي يجب أن يظل مثاليًا من حيث الأبعاد طوال حياته. حتى التآكل البسيط أو التلوث يجبر على الاستبدال، وتكون القوالب باهظة الثمن وبطيئة الإنتاج. ومن ثم، فإن تشغيل بصمة نانوية على مستوى الحجم سيتطلب إمدادًا موثوقًا بالنماذج الرئيسية شبه المثالية وطريقة للتحقق من سلامتها بسرعة كافية لتجنب تمرير العيوب في اتجاه مجرى النهر.
تتطلب الطبقات المنطقية المتقدمة أيضًا دقة محاذاة في حدود بضعة نانومترات عبر رقاقة مقاس 300 مم. إن تحقيق ذلك من خلال الاتصال الميكانيكي هو أمر أكثر تطلبًا من محاذاة الإسقاط البصري. يعالج نظام Canon هذه المشكلة من خلال منهج الخطوة والتكرار والتحكم المحلي في التشوه، ولكن لم يتم بعد إثبات النتائج الواقعية على الطبقات التي تكون فيها التفاوتات شديدة.
الإنتاجية هي عائق محتمل آخر. على الرغم من أن بنية Canon متعددة الخلايا تعمل على تحسين التوازي، إلا أن الأداء المُقاس لا يزال يتخلف عن مستوى الأشعة فوق البنفسجية (EUV). النتائج من شبه تحليل تشير إلى أن خلية واحدة من أداة Canon NIL تعالج ما يقرب من 25 رقاقة في الساعة، وأن مجموعة من أربعة تصل إلى 100 رقاقة في الساعة. على النقيض من ذلك، عادةً ما تكون الماسحات الضوئية EUV الخاصة بشركة ASML في نطاق إنتاج يتراوح بين 200 إلى 330 رقاقة في الساعة. ومن الممكن أن يتفاقم هذا النقص بسرعة عندما تعمل المصانع المصنعة على مدار 24 ساعة يوميا على نطاق واسع، وبالتالي فإن أي تكنولوجيا تعمل على إبطاء إيقاع الطبقات الحرجة تخاطر بإبطال وفورات التكاليف المكتسبة في أماكن أخرى.
فرصة ضيقة ولكنها ذات معنى
لن يؤدي NIL إلى إزاحة EUV عبر تدفق عملية يبلغ طوله 1.4 نانومتر بالكامل، لكنه لا يحتاج إلى ذلك. تتحمل بعض الطبقات تراكبًا وهوامش عيوب أكثر مرونة من مستويات البوابة والتوصيل الأكثر أهمية. تعد طبقات الاتصال وخطوات معينة مقسمة ومستويات القناع غير الحرجة الأخرى هي المرشحات الأكثر واقعية. تلك هي النقاط في التدفق حيث يمكن إدراج قوالب DNP دون فرض إعادة تصميم المكدس الكامل. تقلل كل طبقة يتم نقلها من EUV من ذروة سحب الطاقة داخل المصنع وتقلل من الاعتماد على الأدوات التي تهيمن على ميزانيات رأس المال والتشغيل.
وتصبح هذه المقايضة أكثر وضوحًا مع تزايد تعقيد التصاميم المنطقية. تعتمد وحدات معالجة الرسوميات المتقدمة ومسرعات الذكاء الاصطناعي على تسلسلات طباعة حجرية طويلة بشكل غير عادي، مع إسهام التعريضات القياسية المتكررة للأشعة فوق البنفسجية بشكل كبير في وقت الدورة وتكلفتها. تؤدي إزالة عدد صغير من هذه الخطوات إلى تغيير الطريقة التي توفر بها المصانع قدرة EUV وكيفية تخصيص رأس المال عبر خطوط جديدة.
لكن الوصول إلى هذه النقطة بحلول عام 2027 قد يكون أمرًا صعبًا. تبدو مادة قالب DNP الجديدة واعدة، ولدى Canon الآن أداة NIL في الإنتاج، ولكن لم يلتزم أي مسبك للرقائق بالتصنيع بكميات كبيرة. وفي الوقت نفسه، تظل دقة التراكب وعمر القالب والتحكم في العيوب على نطاق واسع دون حل، وتميل هذه القيود إلى التشديد بدلاً من الاسترخاء مع تقلص أحجام الميزات.
التعليقات