(เก็บความจากเอเชียไทมส์ www.atimes.com)
China to make 5nm chips with SAQP process
By JEFF PAO
03/04/2024
เทคโนโลยีเก่าที่เรียกกันว่า SAQP อาจช่วยให้สามารถทำชิปขนาด 5 นาโนเมตรออกมาได้จำนวนหนึ่ง ทว่ามันมีความเหมาะสมที่จะนำมาผลิตกันเป็นจำนวนมากๆ แบบแมสโพรดักชั่นหรือไม่นั้น นั่นเป็นอีกเรื่องหนึ่ง
มีรายงานว่า รัฐวิสาหกิจจีนที่ตั้งฐานอยู่ในกรุงปักกิ่งแห่งหนึ่ง ได้เริ่มต้นดำเนินการวิจัยเกี่ยวกับกระบวนการพิมพ์ลายลงบนแผ่นเวเฟอร์ซ้ำๆ หลายๆ ครั้ง (multiple-patterning process) ซึ่งจะสามารถนำมาใช้ในการผลิตชิปขนาด 5 นาโนเมตรแบบการผลิตเป็นจำนวนมากๆ (mass production)ได้
นาอูรา เทคโนโลยี กรุ๊ป (Naura Technology Group) ซึ่งเป็นบริษัทจดทะเบียนซื้อขายหุ้นอยู่ในตลาดเซินเจิ้นด้วย เมื่อเดือนที่แล้วได้เริ่มการวิจัยเกี่ยวกับระบบพิมพ์ลายลงบนแผ่นเวเฟอร์ โดยใช้เทคนิคที่รู้จักกันในนามว่า self-aligned quadruple patterning (SAQP) ซึ่งสามารถที่จะเพิ่มความหนาแน่นของแผงวงจรรวมที่วางบนแผ่นเวเฟอร์ดังกล่าว อันเป็นการเพิ่มความสามารถในการทำงานของแผ่นชิปเหล่านี้ สื่อเซาท์ไชน่ามอร์นิ่งโพสต์ (South China Morning Post หรือ SCMP) ของฮ่องกง รายงาน [1] เรื่องนี้เอาไว้เมื่อวันจันทร์ (1 เม.ย.) ที่ผ่านมา
ตามรายงานข่าวชิ้นนี้ ซึ่งอ้างอิงแหล่งข่าวที่เป็นผู้คนที่คุ้นเคยกับเรื่องนี้ ทางบริษัทแห่งนี้ตัดสินใจที่จะพัฒนาเทคโนโลยี SAQP นี้เมื่อเดือนธันวาคมปี 2023
รายงานนี้ของ SCMP ได้รับการเผยแพร่ หลังจากสำนักข่าวบลูมเบิร์ก (Bloomberg) รายงาน [2] เอาไว้เมื่อวันที่ 22 มีนาคมว่า ซีแคร์ริเออร์ (SiCarrier) รัฐวิสาหกิจจีนตั้งฐานอยู่ในเซินเจิ้น ซึ่งทำงานอยู่กับหัวเว่ย เมื่อปลายปี 2023 ประสบความสำเร็จในการยื่นขอจดสิทธิบัตรฉบับหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับเทคโนโลยี SAQP
บลูมเบิร์กระบุว่า ซีแคร์ริเออร์ ได้ยื่นขอจดสิทธิบัตรสำหรับเทคโนโลยีตัวนี้เมื่อเดือนกันยายน 2021 ตอนที่ นาอูรา ก็เกี่ยวข้องกับโปรเจ็คต์นี้ด้วย
พวกผู้เชี่ยวชาญทางเทคโนโลยีบางคนกล่าวว่า SAQP ที่จัดเป็นเทคโนโลยีเก่าและถือว่าอยู่ในระดับต่ำ กระนั้นก็ตามมันอาจช่วยให้ หัวเว่ย และ บรรษัทเซมิคอนดักเตอร์ แมนูแฟคเจอริ่ง อินเตอร์เนชั่นแนล (Semiconductor Manufacturing International Corp หรือ SMIC ผู้ผลิตชิปรายใหญ่ที่สุดในจีน) บรรลุเป้าหมายของพวกเขาในการทำชิปขนาด 5 นาโนเมตรออกมาได้สำเร็จ โดยไม่ต้องอาศัยเครื่องจักรพิมพ์ลายบนแผ่นเวเฟอร์ (lithography machine) เทคโนโลยีก้าวหน้าล้ำยุค เอ็กซ์ทรีม อัลตราไวโอเล็ต (extreme ultraviolet หรือ EUV) ของบริษัทเอเอสเอ็มแอล (ASML) แห่งเนเธอร์แลนด์ ขณะที่บางคนให้ความเห็นว่า ยังจะต้องเดินกันไปอีกไกลทีเดียวกว่าที่พวกเขาจะประสบความสำเร็จ
ตั้งแต่ที่สงครามเทคโนโลยีระหว่างจีนกับสหรัฐฯระเบิดขึ้นในปี 2019 วอชิงตันได้ขอให้รัฐบาลเนเธอร์แลนด์หยุดยั้งไม่ออกใบอนุญาตให้ส่งออกเครื่องจักรระดับ EUV ไปยังประเทศจีน ทั้งนี้สหรัฐฯมีสิทธิมีเสียงในประเด็นนี้ด้วย เนื่องจากพวกเขาเป็นเจ้าของสิทธิบัตรสำคัญๆ บางฉบับบางรายการที่จำเป็นต้องใช้ในการทำระบบ EUV
ไม่เพียงเท่านั้น ตั้งแต่วันที่ 1 มกราคมปีนี้ รัฐบาลเนเธอร์แลนด์ยังยุติไม่ออกใบอนุญาตเพื่อการส่งออกระบบพิมพ์ลายบนแผ่นเวเฟอร์พวกรุ่นก้าวหน้าที่สุด ของเครื่องซึ่งใช้เทคโนโลยี ดีฟ-อัลตราไวโอเลต (deep-ultraviolet หรือ DUV) ที่ถือกันว่าเป็นเทคโนโลยีที่เกิดก่อนและล้าหลังกว่า EUV จาก ASML ไปจีนอีกด้วย (ซึ่งได้แก่ รุ่น NXT: 2000i, NXT:2050i and NXT:2100i และรุ่นย่อยๆ ของรุ่นเหล่านี้)
ASML กระทั่งถูกสั่งห้ามขายพวกระบบเครื่องพิมพ์ลายเทคโนโลยี DUV รุ่นเก่ากว่านั้นอีก อย่างเช่น NXT:1970 และ NXT:1980 ให้แก่ลูกค้าจีนบางรายที่ถูกมาตรการแซงก์ชั่นเล่นงาน ทั้งนี้ตามรายงานประจำปี 2023 ของบริษัทเนเธอร์แลนด์เจ้านี้ หัวเว่ย และ SMIC ก็อยู่ในพวกบริษัทที่ถูกแซงก์ชั่นคราวนี้ด้วย ทว่าพวกเขายังคงสามารถซื้อหาเครื่องเทคโนโลยี DUV ได้อยู่ดี โดยซื้อจากตลาดมือสอง
การพบหารือระหว่าง สี จิ้นผิง กับนายกฯเนเธอร์แลนด์
ข่าวเรื่องที่ ซีแคร์ริเออร์ ได้รับสิทธิบัตรที่เกี่ยวข้องข้องกับเทคโนโลยี SAQP ถูกเผยแพร่ออกมาไม่กี่วันก่อนที่ประธานาธิบดีสี จิ้นผิง ของจีน พบปะหารือ [3] กับนายกรัฐมนตรีมาร์ก รึตเตอ ของเนเธอร์แลนด์เมื่อวันที่ 27 มีนาคม
สี บอกว่าไม่มีพลังอำนาจใดๆ สามารถหยุดยั้งฝีก้าวแห่งความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีของประเทศจีนได้ เขากล่าวต่อไปว่าการสร้างกำแพงกีดขวางทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี และการสะบั้นห่วงโซ่ทางอุตสาหกรรมและห่วงโซ่อุปทาน มีแต่จะนำไปสู่การแบ่งแยกแตกเป็นคนละฝ่ายและการเผชิญหน้ากัน เขาเรียกร้องเนเธอร์แลนด์ให้เอื้ออำนวยสภาพแวดล้อมทางธุรกิจที่เป็นธรรมและโปร่งใสให้แก่วิสาหกิจต่างๆ ของจีน
นักเขียนที่ใช้ชื่อว่า จงอิ๋ว์น (Zongyun) ซึ่งตั้งฐานอยู่ในปักกิ่ง กล่าวเอาไว้ในข้อเขียนชิ้นหนึ่ง [4] ว่า มันฟังเหมือนกับว่าการนำเอาเทคนิค SAQP มาใช้เป็นเรื่องทำได้ง่ายๆ ทว่าในความเป็นจริงแล้วเป็นเรื่องยากมากๆ
เขาชี้ว่า พวกยักษ์ใหญ่ทางเทคโนโลยี เป็นต้นว่า อินเทล คอร์ป ได้เคยพยายามใช้เทคโนโลยีนี้ในการผลิตชิปของพวกเขาเป็นจำนวนมากๆ แบบแมสโพรดักชั่น มาแล้ว ทว่าลงท้ายก็ต้องยกธงขาว
อย่างไรก็ดี เขากล่าวว่าเขาเชื่อว่า หัวเว่ย จะสามารถผลิตชิปขนาด 5 นาโนเมตรตลอดจนชิปขนาดเล็กกว่านั้นอีก ในแบบผลิตกันเป็นจำนวนมากๆ ในอนาคตข้างหน้า
แต่สำหรับเวลานี้ ข้อมูลข่าวสารเกี่ยวกับผลผลิตตลอดจนต้นทุนค่าใช้จ่ายของ หัวเว่ย ในเรื่องการทำชิปขนาด 5 นาโนเมตร ยังคงเป็นสิ่งที่ไม่สามารถสืบค้นกันได้
ผู้เชี่ยวชาญทางเทคโนโลยีรายหนึ่งพูดเอาไว้ [5] ในข้อเขียนที่โพสต์ทางสื่อสังคมว่า อินเทลได้เคยใช้เทคนิค SAQP ในการทำชิป ทว่ามันกลับยุติลงด้วยการที่บริษัทต้องใช้แผ่นกันแสง (photomask) มากกว่าปกติเพื่อพิมพ์เลเยอร์ที่เป็นโลหะได้อย่างสมบูรณ์ครบถ้วน สืบเนื่องจากต้องมีการตัดคัตติ้งเพิ่มเติมเป็นพิเศษ
วิธีการแบบเน้นใช้แรงให้ได้งานตามต้องการ
เทคนิค SAQP ถูกเรียกว่าเป็นวิธีการแบบเน้นใช้แรงให้ได้งานออกมาตามต้องการเท่านั้น (brute-force) ไม่เน้นสุนทรีย์ความงดงามใดๆ เนื่องจากมันเกี่ยวข้องกับการต้องนำเอาแพตเทิร์นหนึ่งๆ มาแบ่งซอยออกเป็น 2-3 ส่วน
การพิมพ์ลายลงบนแผ่นเวเฟอร์โดยใช้เทคนิค SAQP สามารถทำได้ด้วยการพิมพ์แบบ self-aligned double patterning (SADP) ซ้ำกันสองครั้ง
ขณะที่ในกระบวนการพิมพ์ลายแบบ SADP [6] แพตเทิร์นของเส้นลายกระทำกันบนแผ่นกันแสง hard mask โดยใช้วิธีพิมพ์ลายด้วยแสง (photolithography) เมื่อพิมพ์ลายครั้งแรกแล้ว ก็จะต้องทำตัว สเปซเซอร์ (spacer) ที่แต่ละข้างของเส้น จากนั้นจึงนำเอาลายพิมพ์แพตเทิร์นตอนแรกออกไป ต่อแต่นี้ไปสเปซเซอร์ก็จะกลายเป็นแพตเทิร์นสุดท้ายสำหรับการกัดลายลงบน hard mask
เพื่อเป็นการเปรียบเทียบให้เห็นภาพ ผู้เชี่ยวชาญบอกว่าลองจินตนาการว่าบุคคลผู้หนึ่งปลูกต้นไม้ 2 ต้นขนาบข้างต้นไม้แต่ละต้นภายในเขตพื้นที่หนึ่งๆ จากนั้นก็โยกย้ายพวกต้นไม้ต้นเก่าออกไปทั้งหมด ผลลัพธ์ก็คือความหนาแน่นของต้นไม้ในพื้นที่ดังกล่าวจะเพิ่มขึ้นเป็น 2 เท่าตัว
“ในทางทฤษฎีแล้ว มันจำเป็นต้องใช้แสงพิมพ์ลายกันถึง 6 รอบ ในการทำชิปขนาด 5 นาโนเมตรด้วยระบบเครื่องพิมพ์ลายด้วยแสงเทคโนโลยี DUV ที่มีกันอยู่ในปัจจุบันในประเทศจีน” อเล็กซ์ ไช่ (Alex Tsai) อดีตสมาชิกรัฐสภาในไต้หวัน และเป็นผู้สำเร็จการศึกษาระดับปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยชิงหัว ซึ่งมีชื่อเสียงที่สุดทางด้านวิทยาศาสตร์เทคโนโลยีในประเทศจีน กล่าวเช่นนี้ในการให้สัมภาษณ์ [7] บีเอ็นอี-ทีวี (BNE TV) โทรทัศน์ภาษาจีนช่องโปรปักกิ่งในนิวซีแลนด์ “แต่ยิ่งมีการฉายแสงมากครั้งขึ้นเท่าใด ผลลัพธ์ของการผลิตก็จะยิ่งต่ำลงมาเท่านั้น”
“เทคนิค SAQP สามารถเป็นตัวช่วยเพิ่มผลผลิตให้สูงขึ้นได้” เขากล่าว “SMIC สามารถใช้เทคโนโลยีนี้ในการผลิตชิป 5 นาโนเมตรแบบการผลิตเป็นจำนวนมากๆได้”
เขากล่าวอีกว่าจีนยังตั้งความหวังว่า พวกเขาจะสามารถใช้เครื่องพิมพ์ลายด้วยแสงเทคโนโลยีนาโนพรินต์ (nanoimprint lithography) ของบริษัทแคนนอน (Canon) เพื่อข้ามลอดการห้ามส่งออกชิปของสหรัฐฯในสักวันหนึ่งข้างหน้า
Nanoimprint lithography [8] ไม่จำเป็นต้องใช้พวกตัวช่วยเครื่องประกอบต่างๆ หลายๆ ชั้นในการพิมพ์ลายด้วยแสง เนื่องจากมันสามารถถ่ายทอดภาพลงบนแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนและซับสเตรต (substrate) อื่นๆ ได้โดยตรง ด้วยการใช้ก็อบปี้ของลายพิมพ์มาสเตอร์ (master stamp) ที่ทำขึ้นโดยระบบ e-beam system
เชิงอรรถ
[1] https://www.scmp.com/tech/tech-war/article/3257442/tech-war-china-quietly-making-progress-new-techniques-cut-reliance-advanced-asml-lithography
[2]https://www.bloomberg.com/news/articles/2024-03-22/huawei-tests-brute-force-method-for-making-more-advanced-chips
[3]http://cpc.people.com.cn/BIG5/n1/2024/0328/c64094-40205254.html
[4]https://www.baidu.com/link?url=eeStSgbvpXCVKGk_5JDHdcP73HV8t2IaPaTXQ0RtSgpHV46IXHL5SRwfJFnY3W9fhgsMyMpc_VH6Jibo0lvT5h1obFtdwwRvAXqW0okzzxe&wd=&eqid=96bf423700fdd79f00000006660c4417
[5]https://www.baidu.com/link?url=eeStSgbvpXCVKGk_5JDHdcP73HV8t2IaPaTXQ0RtSgpHV46IXHL5SRwfJFnY3W9fhgsMyMpc_VH6Jibo0lvT5h1obFtdwwRvAXqW0okzzxe&wd=&eqid=96bf423700fdd79f00000006660c4417
[6]https://commons.m.wikimedia.org/wiki/File:Self-aligned_(spacer)_double_pattering_(SaDP).svg
[7]https://m.youtube.com/watch?v=ujGk1DLAJ5k&pp=ygUy6JSh5q2j5YWD77ya5YCfU0FRUOi3s-mBjkVVVuWPr-mAoDXntI3nsbPmmbbniYfvvIE%3D
[8]https://semiengineering.com/nanoimprint-finds-its-footing-in-photonics/