این فناوری جدید هزینه تولید تراشه را ۱۰ برابر کاهش می‌دهد

استارتاپ Substrate از سامانه لیتوگرافی پرتو X با شتاب‌دهنده ذرات رونمایی کرد که وعده ساخت تراشه‌های ۲ نانومتری با هزینه‌ای یک‌دهم فناوری EUV را می‌دهد.

به گزارش تک‌ناک، استارتاپ آمریکایی Substrate از سامانه لیتوگرافی پرتو X با استفاده از شتاب‌دهنده‌های ذرات رونمایی کرده است؛ فناوری‌ای که وعده می‌دهد نسل آینده تراشه‌های ۲ نانومتری و حتی پیشرفته‌تر را با هزینه‌ای یک‌دهم تجهیزات لیتوگرافی EUV فعلی تولید کند.

به گفته این شرکت، سامانه جدید نه‌تنها توان رقابت با اسکنرهای فوق‌پیشرفته ASML را دارد، بلکه می‌تواند از نظر وضوح چاپ و هزینه تولید، از آن‌ها نیز پیشی بگیرد.

این رویکرد تازه، اگر به نتیجه برسد، می‌تواند یکی از انقلابی‌ترین تحولات در تاریخ صنعت نیمه‌رساناها را رقم بزند؛ صنعتی که اکنون با چالش‌های بزرگ در زمینه هزینه تولید، پیچیدگی فنی و محدودیت دسترسی به تجهیزات روبه‌روست.

آغاز تحولی تازه در لیتوگرافی

فناوری لیتوگرافی قلب تولید تراشه‌های نیمه‌رسانا محسوب می‌شود. هرچه ویژگی‌های مدارها کوچک‌تر می‌شوند، نیاز به ابزارهای دقیق‌تر برای چاپ الگوهای ترانزیستوری افزایش می‌یابد. در حال حاضر، فناوری EUV شرکت ASML پیشرفته‌ترین روش برای این کار است، اما این ماشین‌ها بسیار گران‌قیمت‌اند. هر دستگاه ASML NXE:3800E Low-NA EUV حدود ۲۳۵ میلیون دلار قیمت دارد و مدل پیشرفته‌تر ASML EXE:5200B High-NA EUV حتی به ۳۸۰ میلیون دلار می‌رسد. همین موضوع باعث شده هزینه ساخت کارخانه‌های تولید تراشه (Fab) سر به فلک بکشد.

Substrate در تحلیل خود می‌گوید هزینه ساخت یک کارخانه پیشرفته تا سال ۲۰۳۰ می‌تواند به حدود ۵۰ میلیارد دلار برسد. در نتیجه، تنها شرکت‌های بسیار بزرگ مانند TSMC، Intel و Samsung توان ادامه رقابت در مرز فناوری را خواهند داشت. همچنین، طبق پیش‌بینی این شرکت، قیمت ویفر ۳۰۰ میلی‌متری در چنین فرایندهایی می‌تواند تا ۱۰۰ هزار دلار افزایش یابد. این هزینه سرسام‌آور، توسعه تراشه‌های پیشرفته را برای استارتاپ‌ها و شرکت‌های کوچک غیرممکن می‌کند.

Substrate با رویکردی متفاوت قصد دارد این معادله را تغییر دهد. این شرکت هدف‌گذاری کرده که تا پایان دهه جاری، هزینه تولید هر ویفر را به حدود ۱۰ هزار دلار کاهش دهد. در بیانیه رسمی این شرکت آمده است:
«در Substrate، ما مسیری داریم که می‌تواند هزینه سیلیکون پیشرفته را نسبت به مسیر فعلی حداقل یک مرتبه بزرگی کاهش دهد. تا پایان دهه، ویفرهایی با قیمت نزدیک به ۱۰ هزار دلار تولید خواهیم کرد، نه ۱۰۰ هزار دلار.»

فناوری مبتنی بر پرتو X و شتاب‌دهنده ذرات

به نقل از تامزهاردور، نوآوری اصلی Substrate در منبع نوری آن نهفته است. برخلاف سیستم‌های EUV که از لیزر و پلاسما برای تولید نور فرابنفش استفاده می‌کنند، این شرکت از شتاب‌دهنده ذرات برای تولید پرتو X با طول‌موج بسیار کوتاه بهره می‌برد. در این سیستم، الکترون‌ها توسط یک منبع خاص (که هنوز نام آن فاش نشده) تولید و سپس درون حفره‌های رادیوفرکانسی تا نزدیکی سرعت نور شتاب داده می‌شوند.

این الکترون‌های فوق‌سریع هنگام عبور از میدان‌های مغناطیسی متناوب، انرژی جنبشی به‌دست می‌آورند و شروع به نوسان می‌کنند. این نوسان‌ها باعث می‌شود الکترون‌ها انرژی خود را به شکل پالس‌های پرقدرت و منسجم پرتو X آزاد کنند. طبق گفته Substrate، شدت این پرتو «میلیاردها برابر درخشان‌تر از خورشید» است و توانایی ایجاد وضوح مورد نیاز برای چاپ الگوهای ۲ نانومتری را دارد.

در ادامه، پالس‌های پرتو X از مجموعه‌ای از آینه‌ها و عدسی‌های دقیق عبور می‌کنند تا بر سطح ویفر سیلیکونی تابانده شوند. شرکت اشاره کرده که این فرآیند ممکن است به صورت maskless lithography انجام شود، یعنی بدون نیاز به ماسک نوری. چنین روشی برای تحقیقات مناسب است، اما برای تولید انبوه تراشه‌ها بسیار کند خواهد بود. با این حال، اگر Substrate بتواند چالش سرعت را حل کند، این فناوری می‌تواند به رقیبی جدی برای EUV تبدیل شود.

چالشی بزرگ برای ASML و زنجیره تأمین تراشه

یکی از نکات کلیدی در مسیر موفقیت Substrate، سازگاری فناوری آن با زیرساخت موجود است. بر اساس گزارش‌ها، ابزار جدید این شرکت با تجهیزات فعلی تولید تراشه سازگار نیست و این موضوع می‌تواند مانعی بزرگ برای پذیرش صنعتی آن باشد. در واقع Substrate باید زنجیره تأمین جدیدی را از ابتدا طراحی و ایجاد کند؛ از تجهیزات نوری گرفته تا مواد حساس به پرتو X.

نکته قابل‌توجه دیگر این است که Substrate قصد ندارد ماشین خود را بفروشد، بلکه می‌خواهد کارخانه اختصاصی خود را راه‌اندازی کند و خدمات تولید تراشه به سبک شرکت‌های Foundry ارائه دهد. این رویکرد یادآور مدل تجاری TSMC است، اما با فناوری کاملاً متفاوت.

رقابت جهانی بر سر شتاب‌دهنده‌های نوری

Substrate تنها بازیگر این عرصه نیست. در آمریکا دو شرکت دیگر با نام‌های Inversion Semiconductor و xLight نیز در حال توسعه سامانه‌های لیتوگرافی مبتنی بر شتاب‌دهنده ذرات هستند. پژوهشگران دانشگاه Johns Hopkins نیز پروژه مشابهی را دنبال می‌کنند. از سوی دیگر، گروه‌هایی از دانشمندان در چین و ژاپن نیز در حال آزمایش این فناوری برای تولید نیمه‌رسانا هستند.

این رقابت جهانی نشان می‌دهد که صنعت نیمه‌رسانا در آستانه ورود به مرحله‌ای تازه است. پس از دو دهه سلطه ASML بر بازار لیتوگرافی پیشرفته، اکنون مسیرهای نوینی برای تولید نور با طول‌موج کوتاه‌تر و دقت بالاتر در حال ظهور است. اگر فناوری Substrate یا یکی از رقبا به بلوغ برسد، ممکن است وابستگی جهان به اسکنرهای گران‌قیمت EUV پایان یابد.

آینده‌ای ارزان‌تر برای تراشه‌های پیشرفته

به گفته کارشناسان، مهم‌ترین مزیت فناوری Substrate در کاهش هزینه‌ها نهفته است. اگر ادعای این شرکت مبنی بر کاهش ده‌برابری هزینه تولید ویفر واقعیت داشته باشد، تولید تراشه‌های پیشرفته برای استارتاپ‌ها، دانشگاه‌ها و شرکت‌های کوچک نیز ممکن خواهد شد. این موضوع می‌تواند موج جدیدی از نوآوری را در صنعت نیمه‌رسانا ایجاد کند و رقابت جهانی را از انحصار چند غول صنعتی خارج سازد.

در مجموع، اگر Substrate بتواند چالش‌های فنی و صنعتی را پشت سر بگذارد، فناوری پرتو X آن می‌تواند جایگزین نسل فعلی لیتوگرافی EUV شود و آینده‌ای ارزان‌تر، سریع‌تر و در دسترس‌تر برای تولید تراشه‌ها رقم بزند.

نوشته این فناوری جدید هزینه تولید تراشه را ۱۰ برابر کاهش می‌دهد اولین بار در Technoc. پدیدار شد.