فناوری ۷ نانومتری گلوبال فاندریز از لیتوگرافی فوق بنفش عمیق (DUV) که از لیزر‌های اگزایمر فلوراید آرگون در طول موج ۱۹۳ نانومتر بهره می‌برد، استفاده می‌کند. فناوری ۷ نانومتری این شرکت نسبت به نمونه‌ی 14LPP حدود ۴ درصد فرکانس بیشتری دارد. این تکنولوژی میزان مصرف انرژی مدارهای مجتمع را تا ۶۰ درصد کاهش می‌دهد.

گلوبال فاندریز از دو روش  اجرای کنترل گیت عالی و کاهش ولتاژ برای کاهش مصرف انرژی استفاده می‌کند. تراشه‌های تولید شده با فناوری 7LP گلوبال فاندریز از بازه ولتاژ ۰.۶۵ تا ۱ ولت پشتیبانی می‌کنند. بعلاوه، 7LP قابلیت‌های زیادی برای کنترل گیت دارد.

از نظر صرفه‌جویی در هزینه و تولید در مقیاس بالا، فناوری 7LP کمی عملکرد نامعمولی نشان می‌دهد. از یک جهت، فناوری ۷ نانومتری DUV حدود ۵۰ درصد قابلیت تولید در مقیاس بالا را نسبت به فناوری 14LPP افزایش می‌دهد. از طرف دیگر، فناوری ۷ نانومتری DUV دارای لایه‌های مختلفی است که نیاز به طراحی سه‌گانه و چهارگانه دارد.

دلیل اینکه گلوبال فاندریز فناوری ۷ نانومتری خود را 7LP می‌نامد این است که قصد دارد علاوه بر چیپست‌های گوشی‌های هوشمند، کاربردهایی با عملکرد بالا را نیز پشتیبانی کند. گلوبال فاندریز قصد دارد با این فناوری تراشه‌های مختلفی از جمله سی‌پی‌یو با عملکرد بالا، جی‌پی‌یو، چیپست‌های موبایل، تراشه‌هایی برای مصارف دفاعی و هوافضا و در نهایت تراشه‌هایی برای صنعت خودرو تولید کند. این فناوری علاوه بر اینکه میزان ترانزیستورها و فرکانس را افزایش می‌دهد به گلوبال فاندریز اجازه می‌دهد تا اندازه die را تا ۷۰۰ میلی‌متر مربع افزایش دهد که از ۶۵۰ میلی متر مربع فعلی کمی بیشتر است. البته باید محدودیت‌های دستگاهی در اندازه die را نیز در نظر گرفت.

گلوبال فاندریز چندین فصل است که برای برخی از مشتریان خود ویفرهای با فناوری ۷ نانومتری تولید می‌کند. مشتریان این کمپانی در حال طراحی چیپ‌هایی هستند که از فناوری ۷ نانومتری DUV بهره می‌برند و خود گلوبال فاندریز نیز تولید ریسکی مدارهای مجتمع با فناوری ۷ نانومتری را از نیمه اول سال ۲۰۱۸ آغاز می‌کند. در حال حاضر، مشتریان از نسخه ۰.۵ کیت طراحی ۷ نانومتری گلوبال فاندریز استفاده می‌کنند. نسخه کامل کیت در اواخر سال جاری میلادی عرضه خواهد شد. در نظر داشته باشید که مشتریان بزرگ گلوبال فاندریز همچون AMD، نیازی به نسخه نهایی کیت برای توسعه سی‌پی‌یوها و جی‌پی‌یو‌های خود ندارند، بنابراین زمانی که صحبت از تولدی صنعتی فناوری 7LP می‌شود، منظور تولیدکنندگان نیمه‌هادی هستند که آزمایشگاه ندارند.

اوایل امسال گلوبال فاندریز اعلام کرد که ظرفیت تولید Fab 8 را افزایش می‌دهد. در حال حاضر، ظرفیت تولید Fab 8 حدود ۶۰ هزار ویفر در ماه است و پس از بهبودها، ظرفیت تولید برای فناوری 14LPP ۲۰ درصد افزایش خواهد یافت.

این افزایش ظرفیت بدان معنا نیست که اندازه فیزیکی ساختمان‌ها افزایش می‌یابد، بلکه گلوبال فاندریز با استفاده از اسکنرهای پیشرفته طرفیت تولید را افزایش خواهد داد. گلوبال فاندریز در مورد تجهیزاتی که استفاده می‌کند، سخن نمی‌گوید، اما اسکنر‌های جدید با ظرفیت تولید بیشتر و جایگذاری بهتر در تولید فناوری ۷ نانومتری DUV که از طراحی چهارگانه بهره می‌برند، نقش خواهند داشت.

گلوبال فاندریز علاوه بر استفاده از نسخه پیشرفته ASML TWINSCAN NXT DUV، دو اسکنر TWNSCAN NXE EUV را تا پایان سال جاری میلادی در Fab 8 نصب می‌کند. این کار مهمی است چون fab‌های فعلی برای استفاده از تجهیزات EUV بهینه نشده‌اند. در نظر داشته باشید که تجهیزات EUV فضای بیشتری نسبت به تجهیزات DUV اشغال می‌کنند.

EUV: مشکلات حل‌شده، نگرانی‌های باقیمانده

یکی از دلایلی که صنعت به لیتوگرافی که از نور فرابنفش ۱۳.۵ نانومتری استفاده می‌کند، نیاز دارد، استفاده از چند طرحی در فرایند‌های فوق‌باریک است. شاید بدانید که صنعت در توسعه ابزارهای EUV برای تولید HVM مشکل دارد و گرچه پیشرفت‌های زیادی حاصل شده است، اما EUV هنوز برای تولید انبوده آماده نیست. به همین دلیل گلوبال فاندریز رویکردی محتاطانه به EUV دارد. در نظر داشته باشید که گلوبال فاندریز هنوز برای نسل‌های مختلف فناوری ۷ نانومتری خود نام رسمی انتخاب نکرده است. تنها چیزی که این کمپانی گفته این است که پلتفرم 7LP با EUV سازگاری دارد. بنابراین تمام چیزهایی که تابحال در مورد چند نسل فناوری ۷ نانومتری گفته شده است، تنها برای درک بهتر موضوع بوده است.

ASML تابحال چند نسل از اسکنرهای EUV را توسعه داده است و منابع نور با قدرت ۲۵۰ وات را نیز توسعه داده است. اسکنر TWINSCAN NXE این شرکت تا بیش از ۶۰ درصد تکمیل شده است که آن را برای نصب مناسب می‌گرداند.

در عین حال هنوز نگرانی‌هایی در مورد لایه‌های محافظ برای فوتوماسک‌های EUV و مشکلات ماسک‌ها وجود دارد. از یک طرف، لایه‌های فعلی تولید ۸۵ ویفر بر ساعت را دارند که از ۱۲۵ ویفر بر ساعتی که برای امسال در نظر گرفته شده، کمتر است. این بدان معنا است که لایه‌های فعلی توانایی تحمل منابع نور قوی که برای HVM لازم است را ندارند. کوچکترین نقصی در لایه‌ها می‌تواند بر ویفرها تاثیر گذاشته و میزان تولید را شدیدا کاهش می‌دهد. اینتل فوتوماسک‌های لایه‌ای تولید کرده است که می‌تواند تا ۲۰۰ ویفر بر ساعت تولید داشته باشند، اما هنوز مشخص نیست چه زمانی این فوتوماسک‌ها روانه بازار می‌شوند. از طرف دیگر، منبع نور قوی برای رسیدن به ناهمواری مناسب لایه‌ها (LER) و ابعاد بحرانی محلی (CD) لازم هستند.

فناوری ۷ نانومتری نسل اول: بهبود تولید، کاهش چرخه‌ها

گلوبال فاندریز با در نظر گرفتن نگرانی‌‌ها در مورد EUV، برای کاهش استفاده از چند طرحی، EUV را در برخی لایه‌ها تزریق می‌کند و به این ترتیب تولید را افزایش می‌دهد. گولابال فاندریز در مورد زمان استفاده از ابزارهای EUV چیزی نمی‌گوید. منطقی بنظر نمی‌رسد که EUV برای سال ۲۰۱۸ آماده باشد، پس احتمالا استفاده از آن در سال ۲۰۱۹ شروع خواهد شد.

چنین رویکردهایی مناسب بنظر می‌رسند، چون به گلوبال فاندریز اجازه می‌دهد تا تولید را برای مشتریانش افزایش دهد و یاد خواهد گرفت EUV را چگونه برای HVM آماده کند. در بهترین شرایط، گلوبال فاندریز با استفاده از تکنولوژی چند طرحی ۷ نانومتری EUV طرح‌هایی برای DUV توسعه خواهد داد. البته باید دو نکته را مدنظر داشته باشید. اول اینکه طراحان نیمه‌هادی در هر سال محصولات جدیدی روانه بازار می‌کنند. دوم اینکه، گلوبال فاندریز چند فصل بعد از اینکه فناوری ۷ نانومتری DUV را توسعه داد، از ابزارهای EUV استفاده خواهد کرد. پس چیپ‌هایی که بر مبنای EUV تولید می‌شوند، چیپ‌هایی با طراحی جدید خواهند بود.

۷ نانومتری نسل دوم: چگالی ترانزیستوری بالاتر و ناهمواری لبه

بسته به اینکه مشکلات فناوری EUV، گلوبال فاندریز در نهایت نسل جدیدی از فناوری ۷ نانومتری EUV خود را روانه بازار می‌کند.

نسل دوم فناوری ۷ نانومتری EUV ناهمواری لبه بهتر و رزولوشن بیشتری خواهد داشت و این خود منجر به چگالی ترانزیستور بیشتر با مصرف انرژی کمتر و مصرف عملکرد بهتر خواهد شد. البته با توجه به اینکه این فناوری‌ها در مرحله آزمایشی هستند،‌ گلوبال فاندریز اعلام نمی‌کند که چه زمانی مشکلات آن‌ها حل می‌شود یا چه زمانی این فناوری به مشتریان تحویل داده می‌شود.

در نهایت، نسل سوم 7LP منجر به افزایش فرکانس و کاهش مصرف انرژی می‌شود، اما می‌توان انتظار داشت که انتقال این فناوری‌ها به طراحان مدارهای مجتمع بدون هچ لگی باشد. البته در نظر داشته باشید که هنوز هم بسیاری از لایه‌ها از DUV بهره خواهند برد. تنها سوالی که باقی می‌ماند این است که آیا گلوبال فاندریز برای نسل دوم فناوری ۷ نانومتری EUV به اسکنرهای TWINSCAN NXE جدید در Fab 8 خود احتیاج خواهد داشت یا نه.

فناوری ۵ نانومتری EUV

آی‌بی‌ام و شرکایش (سامسونگ و گلوبال فاندریز) یک هفته پیش از اینکه گلوبال فاندریز برنامه پلتفرم 7LP خود را اعلام کند، یک ویفر را نشان دادند که با استفاده از فناوری ۵ نانومتری تولید شده بود. مدارهای مجتمع ساخته شده بر روی این ویفر با استفاده از ترانسیستورهای نانوورقه‌ای سیلیکونی (با نام اختصاری GAA FETs) ساخته شده بودند و بنظر می‌رسد که این تکنولوژی شالوده نیمه‌هادی‌های آینده خواهد بود. سوال بزرگ این است که چه زمانی این فناوری را شاهد خواهیم بود.

GAA FETs توسعه داده شده توسط آی‌بی‌ام،‌ سامسونگ و گلوبال فاندریز، نانوورقه‌های سیلیکونی را به گونه‌ای روی هم قرار می‌دهند که هر ترانزیستور ۴ گیت داشته باشد. مزیت اصلی GAA FETs این است که می‌توان به راحتی با یک فرایند کارخانه‌ای یا حتی یک طراحی مدار مجتمع، عرض نانوورقه را تغییر داد تا بتوان عملکرد و میزان مصرف انرژی را بهینه کرد. آی‌بی‌ام ادعا می‌کند که فناوری ۵ نانومتری ۴۰ درصد عملکرد بهتر و ۷۵ درصد مصرف انرژی بهتر خواهد داشت. البته در نظر داشته باشید که گرچه آی‌بی‌ام با سامسونگ و گلوبال فاندریز همکاری داشته است، تکنولوژی‌هایی که آی‌بی‌ام اعلام می‌کند، الزاما تکنولوژی‌هایی نیست که سامسونگ و گلوبال فاندریز در حال کار بر روی آن‌ها هستند.

آی‌بی‌ام، گلوبال فاندریز و سامسونگ ادعا می‌کنند تغییراتی که بر روی GAA FETs اعمال کرده‌اند، با استفاده از فناوری EUV است. این گفته آن‌ها منطقی بنظر می‌رسد چون دانشگاه ایالتی نیویورک که این تحقیق در آن انجام شده است مجهز به دو اسکنر TWINSCAN NXE از شرکت ASML است. از نظر فنی، ساخت GAA FETs با استفاده از DUV امکان‌پذیر است، اما باید منتظر بود و دید که فناوری ۵ نانومتری تا چه اندازه به تجهیزات EUV وابسته خواهد بود. فناوری ۵ نانومتری احتمالا در سال ۲۰۲۱ روانه بازار می‌شود.

برخی ملاحظات

به طور خلاصه می‌توان گفت که EUV روزی به بازار عرضه خواهد شد. در چند هفته گذشته، گلوبال فاندریز و شرکایش اعلام‌هایی داشته‌اند و EUV را جزئی از آینده اعلام کرده‌اند. البته این بدان معنا نیست که آن‌ها طرحی جایگزین ندارند. البته هنوز هیچ کش زمان دقیق ورود EUV به بازار را اعلام نکرده‌اند.

همانطور که گلوبال فاندریز می‌گوید، استفاده از تجهیزات EUV تدریجی خواهد بود. این شرکت قصد دارد تا پایان سال جاری دو اسکنر جدید نصب کند، اما برنامه‌های بعدی خود را اعلام نکرده است. گرچه آینده با EUV روشن‌تر بنظر می‌رسد، اما هنوز برای استفاده صنعتی آماده نیست.

در مورد 7LP نیز جالب است که گلوبال فاندریز کاربردهای با تکنولوژی پیشرفته و جدید را نیز هدف را قرار داده است. گرچه 7LP از ولتاژهای بسیار پایین نیز پشتیبانی می‌کند و این برای گوشی‌های هوشمند بسیار مهم است. فناوری 7LP بهبودهای زیادی نسبت به نسل قبل از خود دارد، اما باید منتظر ماند و دید که شرکای گلوبال فاندریز چگونه از این فناوری بهره می‌برند.