ASML доложила на конференции Imec ITF World 2024, что ей удалось побить собственный рекорд плотности размещения транзисторов с помощью своего первого литографического сканера с высокой числовой апертурой (High-NA), установленный немногим более месяца назад. Компания также сообщила о перспективной разработке более совершенного оборудования класса Hyper-NA и изложила план по двухкратному повышению производительности, сообщает Tom’s Hardware.

Источник изображения: ASML

Бывший президент и технический директор ASML Мартин ван ден Бринк (Martin van den Brink), сейчас работающий в компании консультантом, сообщил, что ASML разработает сканер Hyper-NA, более совершенный, чем существующий High-NA. Он также изложил план по снижению затрат на производство чипов на оборудовании со сверхжёстким ультрафиолетовым излучением (EUV) за счёт увеличения скорости обработки до 400–500 кремниевых пластин в час — это более чем вдвое превышает актуальный показатель в 200 пластин в час. И предложил модульную унифицированную конструкцию перспективных линеек EUV-оборудования ASML.

Источник изображения: tomshardware.com

Осуществив дополнительную настройку оборудования, сообщил Мартин ван ден Бринк, ASML удалось напечатать на оборудовании High-NA EUV линии плотностью 8 нм — это рекорд для производственного сканера. Предыдущий рекорд компания установила в апреле, напечатав линии плотностью 10 нм на машине в совместной с Imec лаборатории в нидерландском Вельдховене. Для сравнения, стандартные машины ASML Low-NA EUV способны печатать элементы размером до 13,5 нм (критический размер — critical dimensions или CD), а новый сканер EXE:5200 High-NA позволяет создавать транзисторы с элементами до 8 нм, и ASML продемонстрировала, что он соответствует заявленным характеристикам.

Теперь компании предстоит провести работу по оптимизации системы и её подготовке к массовому производству. Эта работа уже ведётся в Нидерландах, а Intel, единственный производитель чипов, располагающий полностью собранной системой High-NA, повторяет шаги разработчика по мере её ввода в эксплуатацию на заводе D1X в Орегоне. На начальном этапе Intel будет использовать её в исследованиях и разработке, после чего запустит на EXE:5200 производство продукции класса 14A. Ван дер Бринк ещё раз упомянул машину Hyper-NA EUV, но окончательное решение по ней ещё не принято — ASML, вероятно, пока оценивает интерес отрасли.

Источник изображения: tomshardware.com

Современная стандартная машина EUV работает со светом длиной волны 13,5 нм и числовой апертурой 0,33 (это мера способности оборудования фокусировать свет). Оборудование с высокой числовой апертурой 0,55 использует ту же длину волны, но позволяет печатать более мелкие элементы. Система Hyper-NA, о которой говорит Мартин ван дер Бринк, сохранит ту же длину волны света, но числовая апертура увеличится до 0,75, позволив печатать ещё более мелкие элементы. Критический размер элементов для такого оборудования компания не указала, но привела соответствующий Hyper-NA шаг металлизации (metal pitch), то есть минимальное расстояние между металлическими элементами на чипе — этот показатель варьируется от 16 нм на узлах A3 до 10 нм на узлах менее A2 и датируется второй половиной следующего десятилетия.

В этом месяце стало известно, что Intel могла выкупить все литографические сканеры ASML новейшего поколения (High-NA EUV), которые последняя намерена выпустить в текущем году. TSMC при этом настаивает, что при освоении технологии A16 сможет обойтись без такого дорогостоящего оборудования. Эксперты считают, что Intel может столкнуться с убытками, если такая стратегия окажется ошибочной.

Источник изображения: ASML

Напомним, что генеральный директор Intel Патрик Гелсингер (Patrick Gelsinger), который является идейным вдохновителем скорейшего перехода на использование сканеров класса High-NA EUV, как раз считает их применение залогом снижения себестоимости продукции в диапазоне техпроцессов тоньше 2 нм до уровня, недостижимого для конкурентов. Проблема заключается в том, что каждый литографический сканер ASML с высоким значением числовой апертуры (High-NA) стоит около $380 млн против почти вдвое меньшей суммы в случае с обычным EUV-сканером. Даже если Intel будет внедрять технологию High-NA EUV поэтапно, слой за слоем, ей понадобится внушительное количество весьма дорогого оборудования. По мнению опрошенных TrendForce аналитиков ITRI, это создаёт для компании риски получения серьёзных убытков.

По их словам, осторожное отношение TSMC к вопросу внедрения High-NA EUV само по себе должно быть предостережением для прочих участников рынка услуг по контрактному производству передовых чипов. Являясь лидером рынка с огромной клиентской базой, TSMC явно поняла, что торопиться с внедрением нового класса оборудования не надо, поскольку получаемые за его счёт технологические преимущества пока не могут оправдать высоких затрат на приобретение этих литографических сканеров. Несомненно, когда в этом возникнет бесспорная потребность, TSMC тоже перейдёт на использование литографических сканеров ASML с высоким значением числовой апертуры, но пока тайваньский производитель предпочитает воздержаться от такого шага.

По мнению экспертов ITRI, компания Intel сейчас недооценивает важность технологий компоновки и упаковки чипов, и делает не совсем взвешенную ставку на литографию как таковую. Тем не менее, решение руководством Intel уже принято, и остаётся только наблюдать, как подобная стратегия скажется на бизнесе процессорного гиганта, который сейчас остро нуждается как в серьёзных реформах, так и в существенных капиталовложениях.

В конце апреля старший вице-президент TSMC Кевин Чжан (Kevin Zhang) уже признавался, что не считает целесообразным внедрять литографическое оборудование ASML с высоким значением числовой апертуры (High-NA) при производстве чипов по технологии A16, которая будет освоена во второй половине 2026 года. На этой неделе он повторил данный тезис, назвав соответствующее оборудование слишком дорогим.

Источник изображения: ASML

«Мне нравятся возможности High-NA EUV, но не нравится ценник», — пояснил Кевин Чжан на технологическом симпозиуме в Нидерландах. Оборудование ASML нового поколения, о котором идёт речь, способно изготовить полупроводниковые элементы толщиной всего 8 нм, что в 1,7 раза меньше, чем получается при использовании литографических сканеров предыдущего поколения, но стоимость одной такой системы достигает $380 млн против примерно $216 млн у обычной.

Напомним, что ASML сейчас тестирует один из таких литографических сканеров для работы с High-NA EUV, второй установлен в исследовательском центре Intel в штате Орегон, а третий должна получить бельгийская Imec, которая является одним из партнёров японского консорциума Rapidus, рассчитывающего к 2027 году начать выпуск 2-нм продукции на территории Японии. Корпорация Intel будет экспериментировать с таким оборудованием в рамках технологии 18A, но в серийном производстве внедрит не ранее 2027 года, когда начнёт осваивать технологию Intel 14A. По слухам, Intel даже выкупила весь тираж литографических сканеров ASML нового поколения на этот год, чтобы обеспечить себя необходимым оборудованием.

Как уже отмечал ранее представитель TSMC, этот крупнейший тайваньский контрактный производитель чипов рассчитывает обойтись возможностями имеющегося оборудования. Кевин Чжан пояснил, что предприятия TSMC, на которых будет использоваться техпроцесс A16, могут быть приспособлены для дальнейшей установки оборудования с High-NA EUV, но когда оно потребуется в действительности, компания сказать не может. Сроки внедрения данной технологии на предприятиях TSMC будут определяться балансом технических характеристик выпускаемых чипов и экономическими факторами. Вся отрасль, по его словам, сталкивается с ростом затрат на строительство, оснащение и эксплуатацию предприятий по выпуску чипов.

Нидерландская компания ASML недавно уже осуществила пробную печать на кремниевой пластине с использованием созданного ею литографического сканера с высоким значением числовой апертуры (High-NA), и скоро подобный эксперимент повторит компания Intel, которая завершила монтаж первой системы Twinscan EXE:5000 в своём исследовательском центре в штате Орегон.

Источник изображения: Intel

Напомним, этот передовой литографический сканер в демонтированном состоянии ASML начала переправлять в США ещё в декабре, и только сейчас Intel получила все необходимые его составные части и завершила монтаж оборудования. Ещё какое-то время уйдёт на настройку, после чего Intel тоже сможет осуществить пробную печать токопроводящих линий на поверхности кремниевой пластины. Предполагается, что новый класс оборудования позволит печатать в 1,7 раза более компактные элементы на кремниевой пластине, и достигаемая плотность печати за один проход вырастет в 2,9 раза по сравнению с обычными EUV-сканерами. Напомним, что ASML на своём экземпляре аналогичной системы смогла напечатать линии с плотностью размещения 10 нм. Сочетание источника света с длиной волны 13,5 нм и оптики с высокой числовой апертурой теоретически позволяет Intel создавать элементы размером не более 8 нм.

Новый сканер Twinscan EXE:5000 будет использоваться компанией Intel для экспериментов с использованием техпроцесса Intel 18A, но в серийном производстве начнёт применяться только после перехода на техпроцесс Intel 14A в 2026 году или позже, причём для обработки лишь нескольких слоёв чипов, поскольку это определяется экономической целесообразностью. Intel собирается применять оборудование ASML с высоким значением числовой апертуры при выпуске чипов как минимум по трём поколениям техпроцессов.

Один сканер Twinscan EXE:5000 способен обрабатывать по 185 кремниевых пластин в час, а в будущем Intel рассчитывает получить от ASML сканер Twinscan EXE:5200B, который позволяет обрабатывать более 200 кремниевых пластин в час. Производительность подобного оборудования на практике, как поясняет Tom’s Hardware, будет ограничиваться уменьшенной площадью проекции, которую обеспечивает сканер с высоким значением числовой апертуры. Это одновременно ограничивает и размеры кристалла чипа, который можно получить за один проход. Intel собирается компенсировать это программно за счёт возможности «склейки» проекции кристалла из двух частей, а ASML попутно увеличивает скорость перемещения платформ, на которых закреплены кремниевые пластины и проекционное оборудование соответственно.

В любом случае, при стоимости около $400 млн за штуку литографическое оборудование с высоким значением числовой апертуры не может быть массовым, хотя ASML и уже располагает заказами на 10 или 20 таких систем, и недавно начала отгружать одну из них некоему второму клиенту, которым может оказаться бельгийская Imec. Компания Intel считает, что внедрение так называемой High-NA EUV технологии оправдывает себя с учётом необходимости освоения более совершенных структур транзисторов. Среди них упоминаются чипы с подводом питания с оборотной стороны кремниевой пластины, вертикально компонуемые транзисторы CFET и «самособирающиеся» на молекулярном уровне структуры. Следующий год Intel собирается посвятить подготовке оборудования High-NA EUV к условиям массового производства чипов по технологии Intel 14A. В рамках технологии Intel 18A оно будет применяться только в лабораторных условиях, но не на основном конвейере.

Нидерландская компания ASML сообщила о создании первых образцов полупроводниковых изделий с помощью своего первого литографического сканера со сверхжёстким ультрафиолетовым излучением и проекционной оптикой с высокой числовой апертурой со значением 0,55 (High-NA EUV). Событие является важной вехой не только для ASML, но и для технологии High-NA EUV в целом.

Источник изображения: ASML

«Наша High-NA EUV-система в Вельдховене напечатала первые в мире линии плотностью 10 нанометров. Визуализация была сделана после того, как оптика, датчики и стадии прошли процесс грубой калибровки. Далее планируется доведение системы до полной производительности и получение тех же результатов в полевых условиях», — говорится в заявлении ASML.

В настоящее время ASML создала всего три литографические системы High-NA EUV. Одна собрана в штаб-квартире компании ASML в Вельдховене (Нидерланды), другую собирают на американском заводе Intel D1X недалеко от Хиллсборо, штат Орегон. Третья будет собрана в Imec, ведущем научно-исследовательском институте полупроводников в Бельгии.

Похоже, ASML стала первой компанией, объявившей об успешном создании образцов с использованием системы литографии High-NA EUV, что является важной вехой для всей полупроводниковой промышленности. ASML собирается использовать свой сканер Twinscan EXE:5000 только для исследования и совершенствования технологии.

В свою очередь, Intel планирует использовать Twinscan EXE:5000, чтобы научиться применять EUV-литографию с высокой числовой апертурой для массового производства чипов. Сканер будет применяться для R&D-проектов с использованием её фирменного техпроцесса Intel 18A (класс 1,8 нм). А вот сканер следующего поколения, Twinscan EXE:5200, планируется задействовать для производства чипов согласно техпроцессу 14A (класс 1,4 нм).

Сканер ASML Twinscan EXE:5200, оснащённый оптикой с числовой апертурой 0,55, предназначен для нанесения элементов чипов с разрешением 8 нм, что является значительным улучшением по сравнению с текущими EUV-системами, обеспечивающими разрешение 13 нм. Новая технология позволяет сократить размеры транзисторов в 1,7 раза и обеспечить увеличение их плотности в 2,9 раза за одну экспозицию по сравнению с инструментами с низкой числовой апертурой (Low-NA EUV).

Сканеры с низкой числовой апертурой тоже позволяют добиться такого уровня разрешения, однако в таком случае требуется использование более дорогостоящего метода двойного шаблона. Переход на системы с литографией High-NA EUV необходим для выпуска чипов согласно нормам ниже 3 нм, массовое производство которых планируется начать в 2025–2026 годах. Применение High-NA EUV-литографии позволяет исключить необходимость в использовании двух проходов с двумя шаблонами, тем самым оптимизировать производственные процессы, потенциально повысив производительность и сократив производственные расходы. С другой стороны, инструменты с высокой числовой апертурой стоят до 400 миллионов долларов каждый и имеют свои недостатки, которые усложняют переход к более совершенным технологическим процессам.

Компания Intel недавно дала понять, какие новшества планирует использовать после освоения выпуска чипов по техпроцессу Intel 18A в следующем полугодии. К 2026 году ей предстоит внедрить в массовом производстве оборудование с высоким значением числовой апертуры (High-NA EUV), и монтаж первого литографического сканера ASML такого класса уже начался на площадке в Орегоне.

Источник изображения: Intel

Напомним, что в качестве эксперимента Intel будет использовать сканер с поддержкой High-NA EUV ещё в рамках технологии Intel 18A, но исключительно в своём исследовательском центре в Орегоне, где он сейчас проходит процедуру монтажа и наладки после доставки из Нидерландов. В серийном варианте технологию начнут использовать только после освоения техпроцесса Intel 14A в 2026 году, она же поможет освоить техпроцесс Intel 10A в 2027 году.

Недавно Intel опубликовала короткий видеоролик с кадрами доставки первого литографического сканера ASML Twinscan EXE:5000, который обладает высоким значением числовой апертуры и позволит выпускать чипы по технологиям от Intel 14A и ниже, если брать исключительно серийную продукцию. Поставка компонентов этого сканера, который в разобранном состоянии занимает 250 контейнеров, началась ещё в прошлом году, но только сейчас Intel опубликовала видео с процессом разгрузки оборудования и его монтажа в своём исследовательском центре в Орегоне. Как правило, коллективу из 250 инженеров на монтаж и настройку одного сканера требуется до шести месяцев. Как можно судить по видео, из Нидерландов в США компоненты сканера доставляются по воздуху, что позволяет рассчитывать на сокращение сроков доставки по сравнению с морским путём.

Напомним, что недавно аналогичный сканер был в тестовом режиме запущен компанией ASML в Нидерландах, поэтому у специалистов компании, которые будут помогать Intel в движении к соответствующему рубежу, уже будет опыт в этой сфере. Оборудование нового поколения позволяет сократить размеры транзисторов в 1,7 раза и увеличить плотность их размещения в три раза по сравнению с существующими техпроцессами. Предполагается, что один литографический сканер нового поколения стоит около $380 млн, поэтому компании Intel придётся серьёзно вложиться в закупку профильного оборудования, прежде чем начать серийный выпуск продукции по технологии Intel 14A.

В конце декабря прошлого года нидерландская компания ASML отгрузила первый экземпляр литографического сканера поколения EUV High-NA, который характеризуется высоким значением числовой апертуры и повышает разрешающую способность оборудования при производстве полупроводниковых компонентов. Получателем этой установки стала компания Intel, но руководство SK hynix утверждает, что этот корейский производитель памяти тоже интересуется таким оборудованием.

Источник изображения: SK hynix

Отметим, что производители памяти в целом достаточно долго тянули с переходом на так называемую EUV-литографию, и та же SK hynix начала применять профильное оборудование только в 2021 году при производстве микросхем памяти типа DRAM. По информации Business Korea, генеральный директор SK hynix Квак Но Чон (Kwak Noh-jung) на мероприятии Ассоциации производителей полупроводниковой продукции Южной Кореи поделился некоторыми планами компании относительно развития бизнеса.

Во-первых, он заявил, что не может комментировать слухи о готовности SK hynix построить предприятие по упаковке чипов HBM непосредственно в штате Индиана. По его словам, все американские штаты являются потенциальными кандидатами на размещение подобного предприятия.

Во-вторых, глава SK hynix опроверг возобновление переговоров между Western Digital и Kioxia о покупке бизнеса последней. Как известно, именно SK hynix своими возражениями сорвала эти переговоры в прошлом году. Неизменной остаётся позиция SK hynix по этому вопросу и сейчас, как отметил глава компании. Впрочем, он добавил, что если Kioxia готова к взаимовыгодному сотрудничеству с SK hynix, то последняя всегда готова рассмотреть соответствующие предложения.

Наконец, глава SK hynix признался, что компания готовится получить от ASML оборудование для производства чипов памяти с использованием EUV-литографии с высоким значением числовой апертуры. При этом он отказался пояснять, когда данное оборудование начнёт применяться компанией в условиях массового производства, но дал понять, что это произойдёт в нужный момент.

Компания Intel очень гордится тем, что остаётся единственным в США разработчиком передовых литографических технологий, который осуществляет все этапы исследований и внедряет результаты в производство на территории страны. Орегон в этом смысле является для компании важным центром профильной деятельности. Компания готова вложиться в расширение своего присутствия в штате, отчасти рассчитывая на правительственные субсидии.

Источник изображения: Intel

Об этом представители Intel объявили на этой неделе после визита на местное предприятие губернатора штата Орегон Тины Котек (Tina Kotek). Планы Intel по расширению своей деятельности в этом штате, по оценкам самой компании, позволят создать несколько тысяч новых рабочих мест как на предприятиях Intel, так и в смежных отраслях. Процессорный гигант уже располагает в штате крупнейшим предприятием по выпуску чипов, которое обеспечивает работой более 22 000 человек. Местным поставщикам в прошлом году удалось выручить более $4 млрд по итогам сотрудничества с Intel, а общий годовой доход связанных с компанией сотрудников в штате достигает $10 млрд. Компания обеспечивает работой 4 % населения штата и приносит $19,3 млрд ВВП в год.

Intel намеревается не только расширять свои исследовательские лаборатории в местном технопарке имени основателя компании Гордона Мура (Gordon Moore), но и до конца года установить первый в истории компании литографический сканер ASML, позволяющий работать со сверхжёстким ультрафиолетовым излучением (EUV) в сочетании с высоким значением числовой апертуры (High-NA). Подобное оборудование в качестве эксперимента будет использоваться при выпуске компонентов по технологии Intel 18A, но не будет при этом обязательным и необходимым. Внедрить его в массовом производстве компания планирует на последующих этапах литографии. Intel также верна взятому курсу на освоение пяти новых техпроцессов за четыре года и возврат себе технологического лидерства в области литографии к 2025 году. Исследовательские центры в Орегоне играют в достижении этой цели первостепенную роль. Здесь располагаются специалисты Intel, которые пытаются предопределять развитие полупроводниковой отрасли на десять и более лет вперёд.

Intel не предоставили подробностей о том, что конкретно будет происходить в Орегоне после реализации проекта. Однако известно, что компания подала в регулирующие органы штата планы по строительству четвертой фазы своего огромного исследовательского завода D1X в Хиллсборо. Строительные работы могут начаться уже в следующем году.

Компания собирается финансировать расширение своих мощностей в Орегоне не только за счёт собственных средств и муниципальных субсидий, но и претендует на финансовую поддержку из федерального бюджета по так называемому «Закону о чипах». Впрочем, подача заявки на получение таких субсидий пока не привела к непосредственному выделению средств федеральными властями, поскольку процедура занимает длительное время. В дальнейшем Intel надеется потратить на развитие хаба в Орегоне несколько миллиардов долларов США. Кроме того, будут финансироваться проекты по строительству предприятий в Аризоне, Нью-Мехико, Огайо, Ирландии, Германии, Израиле, Польше и Малайзии.

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.