На конференции Innovation 2023 компания Intel обновила информацию о своих планах по использованию литографических установок со сверхжёстким ультрафиолетовым излучением и высокой числовой апертурой (High-NA EUV), которые должны стать краеугольным камнем её будущих техпроцессов. Согласно новому плану, серийное производство продукции на основе техпроцесса Intel 18A будет вестись на существующем оборудовании, а сканеры high-NA EUV станут использоваться для выпуска компонентов последующих поколений.

Источник изображения: anandtech.com

Системы с высокой числовой апертурой представляют собой новое поколение фотолитографических машин со сверхжёстким ультрафиолетовым излучением. Они оборудуются оптикой с числовой апертурой 0,55 — на EUV-машинах первого поколения используется оптика с 0,33. Сканеры нового образца будут незаменимы при выпуске продукции по нормам менее 2 нм или 20 Å. В 2021 году Intel представила дорожную карту, согласно которой взяла на себя обязательство освоить «5 техпроцессов за 4 года», а также объявила, что станет ведущим заказчиком машин High-NA EUV от ASML и получит первый серийный экземпляр такой машины — она должна была заложить основу для узла Intel 18A.

Но уже после 2021 года компания скорректировала планы в «хорошую» сторону — ей удалось опередить график, и в 2022 году стало известно, что во второй половине 2024 года или в 2025 году производство по технологии Intel 18A будет уже прекращено. Но с учётом того, что дата выпуска машин High-NA EUV нидерландской ASML не изменились, возник вопрос, как эти системы впишутся в данную стратегию, и в особенности её часть, касающуюся узла Intel 18A. Как выяснилось, эта технология больше не предусматривает работы с передовым оборудованием — серийное производство компонентов на основе Intel 18A будет осуществляться на существующей технике, то есть на EUV-сканерах ASML NXE 3000. А линейка 18A станет лишь испытательной площадкой для оборудования High-NA EUV — в серийном производстве оно будет применяться для продукции последующих поколений. Пока эта продукция в документах компании проходит под общим обозначением Intel Next.

Глава Intel Пэт Гелсингер (Pat Gelsinger) в своём выступлении на Innovation 2023 заявил, что первая машина High-NA EUV поступит в конце текущего года. Он даже пошутил, что это будет рождественский подарок для доктора Энн Келлехер (Ann Kelleher), исполнительного вице-президента Intel и директора компании по развитию технологий. Производитель, по его заверению, хорошо продвинулся в работе над Intel 18A: уже почти готов комплект PDK 0.9 (Process Design Kit) — последняя предсерийная версия. Запуск серийного производства на основе этой технологии запланирован на I квартал 2024 года. Предположительно речь идёт о процессорах семейства Panther Lake.

В условиях запрета на поставку в Китай EUV-сканеров компании ASML, китайским производителям придётся создавать собственные инструменты для литографии в сверхжёстком ультрафиолете для выпуска самых передовых чипов. Поскольку Китай в этом заметно отстаёт, он может выбрать другой путь для достижения цели и, в конечном итоге, может даже превзойти западные технологии. Этим путём обещают стать синхротронные источники света, мощность которых превзойдёт возможности плазменных лазеров ASML.

Электроны из накопительного кольца возбуждают лазерное излучение в сверхжёстком ультрафиолете. Источник: Tsinghua University

Синхротронные источники света — это обычно кольцевые ускорители электронов. Кольцо служит накопителем электронов, которые для формирования стабильного пучка сверхжёсткого ультрафиолетового излучения выводятся из него через специальную установку, в которой возникает когерентное излучение на длине волны лазера (плюс гармоники). В сканерах ASML излучение возникает из возникающей в процессе испарения капли олова плазмы. Очевидно, что во втором случае можно создать компактную литографическую машину, а при использовании синхротрона придётся строить фактически завод.

По оценкам китайских источников, для формирования EUV-излучения мощностью около 1 кВт потребуется создать накопительное кольцо диаметром от 100 до 150 м (не говоря о вспомогательных установках и строениях). Этой мощности хватит для производства чипов с технологическими нормами до 2 нм. Компания ASML сейчас массово производит передовые литографические EUV-сканеры мощностью до 500 Вт, что обеспечивает выпуск 3-нм чипов. Перед ней также стоит задача разработки более мощных источников EUV-света, которая по сложности не так уж далеко от китайских проектов EUV-«пушки».

Для обычной коммерческой компании, такой, как ASML, проект синхротрона как источника EUV-света неприемлем. Он тянет за собой большие затраты на создание объёмной инфраструктуры. В США, кстати, в лаборатории SLAC изучали возможность использования синхротронов для полупроводниковой литографии, но признали его неперспективным. В Китае же, где ресурсов и рабочей силы в избытке, построить завод с ускорительной установкой особого труда не составит. Если верить источникам, место для EUV-«пушки» уже подобрано. Её начнут строить в Сюньгане.

За последние два года вышло немало статей на тему создания стабильных микропучков для производства EUV-излучения (steady-state microbunching, SSMB). Большинство работ принадлежит китайским авторам. Также в Китае прошли тематические конференции на эту тему. Понятно, что для создания законченной инфраструктуры по производству чипов с использованием EUV-излучения потребуется намного больше усилий, чем постройка синхротрона. Прежде всего, это научная работа на многие годы вперёд. Китай показывает решимость пройти этот путь, а это дорого стоит.

Россия, кстати, тоже может пойти по этому пути. В ближайшие годы в стране начнут строить достаточно много синхротронов для решения целого спектра задач от материаловедения до фармацевтики. Из одного из них вполне может родиться проект фабрики по выпуску чипов с использованием синхротронных ускорителей.