150 دقیقه
هواوی بهطرز نسبتاً بیسروصدایی اختراعی ثبت کرده که مسیری شگفتانگیز را برای رسیدن به تراشههای کلاس ۲ نانومتری با استفاده تنها از لیتوگرافی فرابنفش عمیق (DUV) ترسیم میکند — همان ابزارهایی که علیرغم تحریمهای صادراتی غربی، هنوز در اختیار این شرکت قرار دارند و دسترسی به دستگاههای فرابنفش شدید (EUV) از شرکت ASML را برای آنها مسدود کردهاند. این اقدام که در یک پروندهٔ ثبتشدهٔ سال ۲۰۲۲ و مدتها پنهان مانده افشا شده، میتواند چشمانداز جهانی نسبت به جاهطلبیهای چین در حوزه طراحی و تولید تراشه را بازتعریف کند.
نحوهٔ تلاش هواوی برای پیشبرد مرزهای DUV
اختراع تازهفاششده — که نخستینبار توسط پژوهشگر نیمههادی دکتر فردریک چن دیده شد — جریان کاری بهینهشدهٔ Self-Aligned Quadruple Patterning (SAQP) را توصیف میکند. این تکنیک هدفگذاری فاصلهٔ فلزی فوقالعاده فشردهٔ ۲۱ نانومتر را دنبال میکند؛ ابعادی کلیدی که در صورت محققشدن، گرهٔ تولیدی حاصل را در همان ردهای قرار میدهد که فرآیندهای موسوم به «کلاس ۲ نانومتری» از سوی TSMC و Samsung اعلام شدهاند.
نکتهٔ محوری این ثبت اختراع، ادعای کاهش تعداد تابشهای DUV تا چهار بار است؛ کاهشی چشمگیر در مقایسه با جریانهای چندالگویی سنتی که به دفعات بیشتری از لیتوگرافی نیاز دارند و پیچیدگیهای سنگینی ایجاد میکنند. اگر این بهینهسازی قابلاجرا باشد، به هواوی و شریک تولیدیاش SMIC اجازه میدهد تا با استفاده از تجهیزات لیتوگرافی قدیمیتر، ویژگیهای ظریفتری را استخراج کنند و وابستگی به اسکنرهای EUV محدودشده را کاهش دهند.
اصول فنی SAQP و نقش آن در لیتوگرافی بدون EUV
روش SAQP مبتنی بر ایجاد الگوهای پیچیدهٔ با رزولوشن بالا بهواسطهٔ تقسیمبندی و همترازی لایهها است. در حالت ساده، با چهار بار الگوگذاری (quadruple patterning) و استفاده از فرآیندهای خودهمترازکننده، میتوان خطوط و فضاهای باریکتری نسبت به محدودیتهای اپتیکی ابزارهای تکتابشی DUV به دست آورد. بههمین دلیل SAQP از منظر مهندسی، میتواند توانی برای گذر از مرزهای رزولوشن ارائه دهد، اما هزینهها، ریسکهای تولید و نیاز به کنترل بسیار دقیق فرایند را بهطور قابلتوجهی افزایش میدهد.
برای درک بهتر، توجه به چند مؤلفهٔ کلیدی ضروری است: (۱) همترازی لایهها (overlay accuracy)، (۲) همگنی اچ (etch uniformity)، (۳) اندازهگیری و ابزارشناسی متَرلُوژی (metrology) و (۴) مدیریت ذرات و عیوب (defectivity). این عوامل در مقیاس زیر۳ نانومتر حساسیت بسیار بالاتری نشان میدهند و به همترازی دقیق ابزارها و سختافزار یکپارچه نیاز دارند تا بازده تولید (yield) قابل قبول بماند.
چرا این ثبت اختراع اهمیت دارد — و چه چیزهایی را ثابت نمیکند
از منظر کاغذی، ایده جسورانه بهنظر میرسد: پرش از نمونهای مانند Kirin 9030 که روی گرهٔ N+3 شرکت SMIC ساخته شده، به یک محصول نسل ۲ نانومتری بدون استفاده از EUV. اما بین ایدههای ثبتشده در پتنت و تولید انبوه تفاوت بزرگی وجود دارد. پتنتها معمولاً بیانگر جهتگیری تحقیقاتی و امکانسنجی تکنیکی هستند، نه لزوماً تضمین تولید اقتصادی و مقیاسپذیر.
- ریسک بازده: چهار الگوگذاری در ابعاد زیر ۳ نانومتر بهطور شناختهشدهای مستعد عیوب است. هر بار عبور لیتوگرافی فرصتهای جدیدی برای خطای همپوشانی (overlay) و مشکلات ناشی از ذرات بهوجود میآورد.
- فشار هزینه: تکرار متعدد تابشهای DUV هزینه تولید و افت توان عملیاتی را افزایش میدهد. دلیل اصلی پذیرش گستردهٔ EUV در صنعت، کاهش چرخهٔ لیتوگرافی به یک تابش واحد و کاهش هزینههای مرتبط بوده است.
- محدودیت ابزار: حتی SAQP بهشدت به کنترل فرآیندهای دقیق، یکنواختی اچ و توانمندیهای متالورژی وابسته است — حوزههایی که یکپارچهسازی ابزارها در دهههای گذشته اهمیت فراوانی یافته است.
بنابراین در حالی که پتنت نشاندهندهٔ نیت و خلاقیت مهندسی است، بسیاری از تحلیلگران صنعت نسبت به اینکه یک فرآیند صرفاً مبتنی بر DUV بتواند از نظر اقتصادی و بازدهی با گرههای مبتنی بر EUV رقابت کند، تردید دارند.
چالشهای مهندسی و راهحلهای ممکن
برای کاهش ریسکهای یادشده، مجموعهای از پیشرفتهای جانبی لازم است: بهبود ابزارهای تمیزکاری و کنترل ذرات، توسعهٔ روشهای دقیقتر متالورژی برای اندازهگیری الگوها، الگوریتمهای تصحیح خطا و همترازی، و بهبود فرآیندهای اچ و رسوب لایهها. همچنین سرمایهگذاری در اتوماسیون و هوش مصنوعی برای نظارت بر پارامترهای فرایندی میتواند به افزایش بازده کمک کند. همهٔ اینها موجب میشود که حل مسالهٔ انتقال به «تراشه 2 نانومتری با DUV» بیش از یک نوآوری در لیتوگرافی، یک پروژهٔ جامع مهندسی و زنجیرهٔ تامین باشد.
پیامدهای راهبردی: فناوری، تحریمها و خودکفایی
اگر هواوی و SMIC بتوانند یک گرهٔ ۲ نانومتری مبتنی بر SAQP را بهصورت تجاری اجرا کنند، این امر بهعنوان یک پاسخ تکنولوژیک قابلتوجه به محدودیتهای صادراتی عمل خواهد کرد و ضربهای به محدودیتهای دسترسی به EUV وارد میآورد. حتی در صورت عدم تحقق تولید انبوه، خودِ انتشار پتنت پیامی راهبردی دارد: چین قصد دارد در برابر تحریمها نوآوری کند و تجهیزات قدیمیتر را تا مرزهای نوآورانه بهکار گیرد.
تصور دنیایی که ابزارهای ارزانتر و قدیمیتر برای تولید تراشههای پیشرفته کشیده شوند، ایدهای تحریککننده است؛ اما برای تبدیل شدن این ایده به واقعیت، نیاز به جهشهایی در مهندسی بازده، کنترل فرآیند و پشتیبانی زنجیرهٔ تأمین است. بدون تدارکات متناسب در زمینهٔ مواد شیمیایی لیتوگرافی، مواد لایهنشانی، و تجهیزات اندازهگیری، دستیابی به بازده اقتصادی قابلقبول دشوار خواهد بود.
اثر بر سیاست فناوری و رقابت جهانی
از منظر ژئوپلیتیکی، موفقیت در این مسیر میتواند سیاستگذاران را وادار به بازنگری در استراتژیهای تحریمی کند، زیرا نشان میدهد که محدودیت در دسترسی به یک کلاس ابزار (EUV) لزوماً به معنای توقف کامل پیشرفت نیست. در مقابل، شکست فنی یا اقتصادی در این مسیر میتواند نشاندهندهٔ دشواریهای ذاتی محدودسازی فناوری و اهمیت ابزارهای پیشرفتهٔ یکپارچه باشد.
چه چیزهایی باید دنبال شود
برای تشخیص اینکه آیا این پتنت صرفاً ژست راهبردی است یا آغازگر یک جایگزین واقعی برای EUV، باید به چند شاخص کلیدی توجه کرد:
- نقشه راه عمومی یا نمونههایی از SMIC که نشاندهندهٔ دستیابی به فاصلهٔ فلزی ۲۱ نانومتر (21 nm metal pitch) باشد؛
- تحلیلهای بازبینیشدهٔ همتایان (peer-reviewed) از جریان فرآیندی که در پتنت توصیف شده — بهویژه دادههای آزمایشی و نتایج بازده؛
- نشانههایی از سرمایهگذاری در حوزهٔ ابزار متالورژی، اندازهگیری و کاهش عیوب در چین؛
- گزارشهای مستقل از تامینکنندگان ابزار و مواد دربارهٔ آمادهسازی زنجیرهٔ تامین برای پذیرش SAQP در مقیاس صنعتی.
این سیگنالها نشان میدهند که آیا ثبت اختراع بیشتر از یک نمایش استراتژیک است یا گام نخست در جهت جایگزینی عملیاتی برای EUV.
شاخصهای زمانی و مراحل پیادهسازی
تبدیل یک پتنت به محصول واقعی معمولاً چند سال زمان میبرد: مرحلهٔ تحقیق و توسعه، نمونهسازی و آزمایشگاه، ارزیابی بازده و درنهایت تولید آزمایشی و تولید انبوه. برای یک گذار فناورانه مانند SAQP-محور، مراحل تکمیلی شامل تایید زنجیرهٔ تامین مواد شیمیایی و ابزار، آموزش نیروی انسانی، و مطابقت با استانداردهای کیفیت بینالمللی نیز هستند. پس، حتی در صورت موفقیت فنی، دستیابی به حجم تولید رقابتی ممکن است یک بازهٔ چندساله نیاز داشته باشد.
همچنین باید توجه داشت که بازار نیمههادی بسیار حساس به هزینه و زمانبندی است؛ تولیدکنندگانی مانند TSMC و Samsung از قبل خطوطی مبتنی بر EUV را بهینه کردهاند و رقابت با آنها تنها با داشتن مزیت هزینه یا زمانبندی سریع امکانپذیر است.
جمعبندی و تحلیل راهبردی
ثبت اختراع هواوی برای یک راهکار SAQP-محور با اتکا به DUV نشاندهندهٔ ترکیبی از خلاقیت مهندسی و یک پاسخ راهبردی به محدودیتهای صادراتی است. این سند فنی نمودی از تلاش برای کشف مسیرهای جایگزین بهسمت تراشههای کلاس ۲ نانومتری است، اما تضمینی برای موفقیت اقتصادی یا تولید انبوه ارائه نمیکند.
برای آنکه این ایده به نتایج عملی بینجامد، مجموعهای از پیشرفتهای پشتیبان لازم است: بهبود چشمگیر در کنترل عیوب، سرمایهگذاری در متَرلُوژی و اندازهگیری، و بهینهسازی هزینهای که بتواند بار اضافی ناشی از چند بار الگوگذاری را تحمل کند. در غیر این صورت، احتمال دارد که این ثبت اختراع بهعنوان ابزاری استراتژیک برای نشان دادن تمایل و توان پژوهشی باقی بماند، نه یک انقلاب تولیدی آنی.
در نهایت، بازار و جامعهٔ جهانی نیمههادی باید بهدقت شاهد پیشرفتهای آزمایشی و گزارشهای مستقل باشند تا بتوانند صحت ادعاها را بسنجند. این پتنت نه تنها مسئلهٔ فنی را مطرح میکند، بلکه بحثهای گستردهتری دربارهٔ سیاستهای صادراتی، مقابله با تحریمها و مسیرهای خودکفایی فناورانه را نیز برمیانگیزد.
منبع: gizmochina
ارسال نظر