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美国电子束光刻机获突破,可望无掩膜较低成本小批量多品种生产已停产8寸45纳米军用芯片

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发表于 2021-05-04 06:56 超大游击队员 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖最后由 hswz 于 2021-05-04 07:43 编辑

Multibeam Corporation 确认已开始一项雄心勃勃的项目,以应用其创新的Multicolumn电子束光刻技术(MEBL)对45nm及更大节点上的整个晶圆进行构图,无需使用任何光罩,即可进行后端(BEOL)处理。这份由美国国防部(DoD)资助,由怀特·帕特森空军基地(Wright-Patterson Air Force Base)的空军研究实验室(AFRL)计划管理的合同,总额为3,800万美元,包括美国政府可以选择从Multibeam购买另一套MEBL生产系统的合同。


Multibeam董事长兼首席执行官David K. Lam博士说:“该合同授予以及我们根据先前的DoD合同正在开发的  安全芯片ID应用程序凸显了我们创新的MEBL平台的多功能性。“这两个应用程序都旨在在我们的MEBL生产系统上运行。”


确保和受信任的代工厂通常为国防部生产“小批量,高混合量”芯片。但是,光学光刻设备的领导者对如此少量的种类繁多的芯片几乎没有兴趣,因为他们的业务面向大批量生产。此外,仍然需要具有“成熟”节点的早期芯片。尽管用于此类节点的掩码的价格较低,但与掩码相关的成本确实会增加。需求较少的掩模通常需要很长的交货时间,对生产中的晶圆厂生产率以及新芯片开发中的学习周期产生负面影响。

物联网芯片通常是执行特定任务的小型,简单的SoC,并且在Internet上无处不在。此类芯片因大多数政府,商业,工业和消费类产品中IC含量的急剧增加而得到认可。总体而言,物联网芯片制造商是大批量生产商。但是它们的批量相对较小,因为物联网应用多种多样且物联网市场分散。在这个对成本敏感的市场中竞争是一个真正的挑战。然而,小批量,成熟节点的物联网芯片制造商很少获得光学光刻设备领导者的支持,这些设备主要致力于尖端节点的大批量生产。结果,自2007年光学分辨率达到极限以来,DUV(193nm ArF干法或浸入式)光刻系统的进展很少。


Lam博士说:“随着IC的激增,PC和手机等传奇性的“杀手级应用”正被众多物联网应用(数字和模拟)所取代。“尽管光刻设备领导者忽略了“小批量”,但Multibeam认为这一领域是巨大的机会。我们通过创新的多功能MEBL平台支持这些服务水平低下但发展迅速的市场。今天宣布的全晶圆全无掩模构图计划和已经开始的安全芯片ID嵌入将引领这一潮流。”

https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU3OTA0MjQ3Mg==&idx=4&mid=2247553112&scene=0&sn=e29fd803e9c06010122429cdbcf1a9b9&xtrack=1
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 楼主| 发表于 2021-05-04 06:59 超大游击队员 | 显示全部楼层
美国SkyWater技术公司与无掩膜光刻技术领导者Multibeam公司合作,将Multibeam公司的多电子束光刻(MEBL)系统部署到SkyWater新扩建的制造工厂,以支持SkyWater提升制造能力和加速发展。该MEBL系统预定于2021年投入使用,将能够在45纳米及更大节点对全晶圆实现无掩模图案化。新系统由国防部以合同形式提供3800万美元资金支持,并由空军研究实验室管理项目过程。


绿色区域为Skywater计划扩建的制造工厂

低成本

现在仍然需要具有“成熟”节点的早期一代芯片。即使成熟节点的掩膜价格较低,但掩膜不仅增加了相关成本,对生产中的晶圆厂生产力及芯片研发中的迭代周期产生负面影响。

据Multibeam公司董事长/首席执行官David K. Lam介绍,SkyWater公司是一个可以充分利用MEBL高混合生产能力的示例客户。MEBL极大地简化了图案制作过程,并补充说:“在产品开发中,MEBL削减了原型制作成本和时间,因为‘重塑’不再需要一套新的掩膜。由于我们MEBL系统中的所有电子束列都是独立和并行写入的,因此它们能够生产比典型的光学视场更大的多项目晶圆和芯片。我们的多功能MEBL系统设计的吞吐能力大大超越了单一电子束方法,支持批量制造。”

安全光刻

作为一个专有的无掩膜平台,MEBL可以通过在常规晶圆制造过程中将独特的安全信息嵌入每个IC,来确保“安全光刻”。Multibeam的安全芯片ID可以实现芯片在整个生命周期内的可追溯性,并确认其独特的身份和来源。在制造过程中,将独特的芯片ID硬编码到每个IC中--这是一种最安全、最经济的方式,以防止IC伪造。

这种"安全光刻"技术不需要使用任何掩膜进行后端线路(BEOL),满足国防部“小批量、大品种”芯片生产需求。

合作意义

SkyWater总裁/首席执行官Thomas Sonderman说:“作为一家值得信赖的代工厂,我们因能够满足严格的安全和质量标准而感到非常自豪,我们寻求创新的解决方案,可以在降低制造成本和周期的同时实现高价值;MEBL的部署将使我们所有的客户受益,包括政府和商业客户。此外,这一关键能力将支持SkyWater追求独特的代工产品,将200毫米制造的灵活性和敏捷性与45纳米工艺技术的先进性能相结合。”

信息来源
https://www.electronicsweekly.com/news/business/skywater-fab-adopts-e-beam-lithography-2020-11/
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 楼主| 发表于 2021-05-04 07:08 超大游击队员 | 显示全部楼层
林杰屏( David K Lam)博士出生于中国广东,1967年毕业于加拿大多伦多大学工程物理系,后获得美国麻省理工学院化学工程士(1970)和博士学位(1973)1980年草创了美国泛林半导体公词,该公司1984年上市时已是全球领先的半导体设备制造商。林杰屏博士最早提出单片晶圆蚀刻模式来确保最佳可控的蚀刻工艺环境。在蚀刻机台开发初期,他颇具战略眼光地把重点放在了相对容易的多晶硅材料的蚀刻,从而使泛林半导体公司快速开发出高质量、稳定、市场占有率高的ICP机台,也为后续CCP机台的开发赢得了时间。20世纪初泛林半导体公司在蚀刻机台的市场占有率一直排名前三。
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 楼主| 发表于 2021-05-04 07:10 超大游击队员 | 显示全部楼层
我们在《光刻机之战》中讨论跨越193nm时,曾提到尼康和IBM押宝EBDW(E-beam Direct Write,电子束直写;或叫EPL,电子束投射)。

100KeV电子束的波长只有0.004nm,分辨率对比EUV优势太大了。而且电子束可以用成熟的磁透镜,不像EUV那样得用反射镜。

然而,因为电子之间的库伦效应会引起电子束偏移,而且会有下图这种散射雾化效应,电子束光刻难以做到简单加大电流来提高效率。


尼康的第一代EPL生产60nm晶圆才7-10wph。根据Tennant的5次方定律,生产15nm的效率将降低到只有0.1%,一天出一片晶圆就不错了。

EUV虽然也功率宝贵,但一次扫描一片光场,比电子束一个像素一个像素写的效率还是高太多了。

电子束因为低效只适用于Mask等小批量产品上,以及晶圆的检测和修复之类的应用。

多电子束(Multi-Beam,千百支电子枪形成阵列)似乎理论上效率高,但技术难度也大大增加了,而且像素越小整块晶圆就需要越多的电子束,成本变成无底洞。

不过,多电子束的一些优点说服了Dr. David K. Lam(林杰屏),传奇的泛林集团(Lam Research)的唯一创始人。


Dr. David LAM, 林杰屏博士


二、

Lam Research曾被翻译成拉姆研究,这就像Toyota被翻译成“拖油塔”一样好玩。Lam是“林”姓的广东拼音,这种翻译遍及东南亚。

林先生出生在中国,70年代曾在德州仪器和惠普工作。当年大厂都自己做半导体设备,所以林先生敏锐捕捉到了当时自研蚀刻设备的瓶颈。

因为湿法蚀刻难以继续降低分辨率,林先生创建了用自己名字命名的泛林公司,主攻等离子蚀刻。

林先生曾深入一线,所以思路非常接地气。他设计的设备核心出发点就是适合量产,充分考虑到产线可能碰到的污染和效率等核心问题。

林非常有前瞻性地把数字技术用于设备控制,以避免操作员的失误。他也是第一个把内嵌Modem的远程诊断加进设备的人。

结果,林先生只靠一款离子蚀刻机就打了天下,随即公司上市。那也是在神奇的1984年,他成为第一位创建纳斯达克上市公司的亚裔移民。

林先生说这款设备比当时市面上的竞争对手贵了好几倍,但他认为好产品应该按给客户带来的价值定价,而不是成本定价。这种理念和ASML、AMAT异曲同工。

自此,泛林蚀刻近三十年一直笑傲江湖,而东京电子也是通过代理及与泛林合资后来成为蚀刻双雄之一。



三、

林先生在泛林上市后逐步淡出公司,追寻更多的挑战。

也许有人觉得,林先生如果一直呆在泛林到今天,百亿美金营业额的光环加上百亿身家岂不是更靓丽。

然而人生的追求又何止日复一日的重复。

林先生后来参与的公司包括两家IPO(ITex和Caliper),被蔡司收购的XRadia,被Synopsis收购的FabCentric,被Dell收购的Link,被ASMI收购的NuTool,被Veeco收购的SSEC等等。

林先生最近十年的奋斗就是做多电子束的Multibeam公司。

电子束光刻的突出优点是不需要昂贵的Mask。

但最让人绝望的是,基本上所有在电子束努力过的巨头,都在晶圆大批量生产(HVM)上放弃了。

林先生也一样很不顺利。

四、

早期业界认为多电子束可以成为DUV光刻的补充,比如打孔和切割什么的。这种思路的赞同者甚至曾包括浸入光刻大佬林本坚。

然而,随着蚀刻黑科技的飞速发展,使得FinFET和NAND等3D技术成熟度超乎想象的高,多电子束作为DUV补充的需求几乎不再存在。

从某种意义上说,林先生创建的泛林在这十年打败了自己的HVM电子束梦想。

林先生倒不那么容易承认失败,他找到了电子束的一个Niche应用:用自己的机器在光刻后给每颗芯片再刻一个的Unique ID。

传统光刻无法给每个芯片打不同的ID或者密钥,因为Mask是一样的。

这个ID有什么用呢?芯片级唯一的ID和不可访问的私钥是关键应用的最底层信用源,这超出了PCB级的TPM。

美国国防部购买了此技术,理论上为黑客遥控军方无人机和导弹设置了最高障碍。

林先生认为核电站和银行等也应该采用带光刻密钥的主芯片,但说实话实用性似乎仍旧有限,因为系统漏洞的短板通常在人身上。

五、

EUV苦战20多年,最终和智能手机产生的惊天需求胜利会师。

到了明年,ASML的High NA设备EXE:5000将点亮奔向1nm的道路。按摩尔第二定律,这台最新光刻机单价将是2.5亿美元。


Credit: IMEC and ASML
多电子束也是EUV Mask制作的重要革新,然而再往后的埃米时代呢?

从IBM开始研究到现在50年仍不放弃的电子束,也许能成为新技术的小基石。

林先生本科学习的是工程物理,但到读研的时候,核能已经不吃香了。他艰难转系到化工,离子成为连接两段知识的桥梁,也带给他第一个伟大成就:

挂着“林”这个名字的机器造出的芯片躺在我们每个人的手机里。

今天,年近8旬的林先生仍然走在半导体业一条看不到尽头的艰难路上。这给了此文一点勇气踩一踩“成功”的那个庸俗定义,来致敬Dr. Lam
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发表于 2021-05-04 09:24 | 显示全部楼层
这是多久的新闻了...电子束加工芯片根本就是扯
效率太低了,全世界相关企业破产的破产   ,卖的卖
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发表于 2021-05-04 10:00 | 显示全部楼层
电子束光刻机不适用于芯片生产,因为电子束只能点对点曝光,效率太低。而一个硅片上几十亿个晶体管,你怎么可能一个个来。
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发表于 2021-05-04 10:04 | 显示全部楼层
这都是被产能逼急眼了……
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 楼主| 发表于 2021-05-04 15:51 超大游击队员 | 显示全部楼层
2019年1月28日,荷兰光刻机制造商ASML官方宣布,收购其竞争对手荷兰代尔夫特的多电子束光刻机制造商Mapper的知识产权资产
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发表于 2021-05-05 08:21 | 显示全部楼层

RE: 美国电子束光刻机获突破,可望无掩膜较低成本小批量多品种生产已停产8寸45纳米军用

k3k3yw 发表于 2021-05-04 10:00
电子束光刻机不适用于芯片生产,因为电子束只能点对点曝光,效率太低。而一个硅片上几十亿个晶体管,你怎么 ...

想想老电视显像管的扫描方式,应该是这么实现的。
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发表于 2021-05-05 10:00 | 显示全部楼层

RE: 美国电子束光刻机获突破,可望无掩膜较低成本小批量多品种生产已停产8寸45纳米军用

pfsense 发表于 2021-05-05 08:21
想想老电视显像管的扫描方式,应该是这么实现的。

不行,电子之间有干扰的,光刻对精度要求极其高,电子干扰无法避免,所以只能点对点扫描,效率很低,不适合量产
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