Çin’in yarıiletken üretim ekipmanı artık Canon, Nikon ve ASML’in eski makineleriyle rekabet ediyor ancak hala yüksek teknolojinin gerisinde kalıyor
Çin’in yüksek teknoloji yonga üretim ekipmanında daha özgün olabilmek adına gösterdiği en son ilerleme, Pekin’in yarıiletken üretim ekipmanlarında daha özgür olmasını amaçladığı noktada yaygın şekilde şüpheyle karşılanıyor. Ancak rakiplerin Çin’in ne kadar yol katettiğini görmek yerine kritik bir teknoloji alanında ne kadar geride olduğu hakkında rahatça davranmamaları daha mantıklı görünüyor.
Lityografi ekipmanı, yarıiletken üretim hatlarında fotomasktan devre desenlerini yongaya aktarmak için kullanılır. Bu, Çin’in ABD liderliğindeki yaptırımlardan etkilenmeyen bağımsız bir yarıiletken üretim endüstrisi oluşturmak için aşması gereken temel teknolojik engeldir.
Bu ayın başlarında Çin Sanayi ve Bilgi Teknolojisi Bakanlığı (MIIT) tarafından yapılan açıklamada, yerli üretim lityografi sistemlerinin Çinli yonga üreticilerinin benimsemesi gerektiği bir ekipman listesine dahil edildiği duyuruldu. Bunlardan biri, 130 nanometre (nm) tasarım kurallarına sahip entegre devreler (IC’ler) üretebilen bir kripton florür (KrF) tarayıcıdır. Diğeri ise 65nm’de yongalar üretebilen bir argon florür (ArF) tarayıcıdır. Veriler hakkında detaylar, verimlilik, hizalama doğruluğu ve üreticinin adı belirtilmemiştir. 65nm, Çin’in yakın zamanlarda hedeflediği 28nm’den oldukça uzak ve ithal lityografi ekipmanı kullanarak ulaştığı 5nm’den daha da uzak bir mesafededir.
KrF ve ArF, sırasıyla 248nm ve 193nm dalga boylarına sahip eksimer lazer ışık kaynaklarına referans niteliğindedir. KrF ve ArF tarayıcılar, Hollanda’nın ASML tarafından hakimiyetin beraberinde getirilen öncü aşırı ultra-viyole (EUV) sistemlerinden önce gelen iki derin ultra-viyole (DUV) lityografi sistemidir. EUV ışığının dalga boyu 13.5nm’dir. Çin yarıiletken lityografi sistemleri, Canon, Nikon ve ASML’in eski makineleriyle rekabet edebilecek konumda. Teknolojik üstünlük sırasına göre, Canon, Nikon ve ASML dünyanın çoğu IC lityografi sistemini üretmektedir ve ASML küresel pazar payında lider konumdadır.
Canon daha düşük teknolojili mantık ve bellek yongaları, iletişim ekipmanlarında kullanılan, elektrikli araçlarda kullanılan güç yarıiletkenleri ve diğer uygulamalarda kullanılan IC ambalajlama cihazları üreticilerine i-line ve KrF lityografi sistemleri tedarik etmektedir. i-line terimi, eski nesil bir teknolojiyi ifade eder ve cıva buhar lambalarından gelen 365nm ultraviyole (UV) ışığı kullanır. Canon, 1970 yılında Japonya’nın ilk yarıiletken lityografi sistemini piyasaya sürdü ve i-line ve KrF sistemleri pazarlarında kendine yer edindi. Ancak yüzyılın başında ArF’ye geçiş yapamadı ve hiç bir zaman EUV’yi denemedi. Canon şu anda henüz ticari kitle üretimi gerçekleştirememiş olan tamamen farklı bir teknoloji olan nano-baskı lityografisi üzerinde çalışıyor.
Nikon, diğer fotoğraf makinesi üreticisi Canon gibi yüksek kaliteli lensler üretebilir ancak aynı zamanda yüksek hassasiyetli hızlı konumlandırma teknolojisine de sahiptir ve sözlerine göre, “Tokyo’dan Fuji Dağı’nın tepesinde tenis topuna Tokyo’dan okla isabet etme kadar hassas olan bir cihaz üretti.” Bu cihaz, Nikon’un sözleriyle bir “adım-adım” IC lityografi sistemidir – bir “stepper”, wafer üzerinde bir çip bir seferinde geçen yüksek çözünürlüğü mümkün kılan maske hizalayıcılarına göre daha yüksek çözünürlük sağlar. Hizalayıcılar, wafere yayılan maske kullandıkları için ilk adımlı makinelerden daha hızlıydı ancak IC miniaturizasyonu – yani Moore’un Kanunu tarafından tanımlanan özelliklerin hızla küçülmeye devam etmesi – ile başa çıkamadılar.
Nikon, 1978 yılında bir prototip teslim etti ve 1980’de ticari kullanım için ilk stepper’ını sevk etti ve bir mikrometre (bir mikron veya 1.000nm) çözünürlüğe sahip ve son derece hassas hizalama yapabilen bir makineydi. İlk Amerika teslimatı 1982 yılında yapıldı. Yılın sonlarına doğru, mask hizalayıcılar ve onları üreten Amerikan şirketleri, Perkin-Elmer ve GCA, büyük ölçüde Japon stepper’larıyla değiştirildi.
Nikon’un ürün tanıtımının tarihi, ilerleme hızını gösterir:
1984: İlk i-line stepper (800nm çözünürlük)
1988: İlk KrF stepper (500nm)
1994: i-line stepper (350nm)
1998: İlk ArF tarayıcı (180nm)
1999: İlk ArF tarayıcı (180nm, aynı yıl içinde 110nm’ye düşürüldü)
2004: ArF tarayıcı (65nm)
Çin’in MIIT tarafından bu ay duyurulan iki lityografi sisteminin daha gelişmiş olanı, Nikon tarafından 20 yıl önce duyurulan makinelerle benzer görünmektedir. 2005 yılında Nikon, 55nm’de seri üretime uygun bir ArF batırdığı tarayıcı geliştirdi ve ilk ünitesini Ocak 2006’da sevk etti. Batırma lityografisinde, lens ile wafer arasındaki boşluk, wafer üzerinde daha küçük özellikler oluşturmayı mümkün kılan havadan daha yüksek bir kırılma indisine sahip su ile doludur. Bu sistem ayrıca 45nm cihazların geliştirilmesinde de kullanılmıştır.
2012 yılına gelindiğinde, en yeni Nikon ArF batırmalı tarayıcının çözünürlüğü 38nm’ye kadar düşmüştü ve bu da yayınlanan özelliklerde uygulama alabileceği en düşük değerdir. Bu makine, çift modelleme ile 22nm’de IC’ler üretebilir hale gelmiştir. 2024 yılına gelindiğinde, Nikon 5nm gereksinimlerini çoklu modelleme ile karşılama hedefinden bahsetmekteydi. ABD yarıiletken etch ekipmanı üreticisi Lam Research çoklu modellemeyi şu şekilde açıklar: “Yıllardır elektroniklerdeki ana trendlerden biri, entegre devre (IC) özellik boyutlarını küçültmeyi içeren miniaturizasyondur. Bu, daha fazla fonksiyonelliği paketlemeye, pil ömrünü uzatmaya ve çip başına üretim maliyetlerini düşürmeye yardımcı olmuştur. Gerçek zaman içinde, yarıiletken endüstrisi, tüketici taleplerine yanıt vermek için IC entegre devre (IC) özellik boyutlarını küçültmek için lithografik yeteneklerini ölçeklendirmiştir… Bu teknik uzun yıllardır başarıyla kullanılmış olsa da, bugünkü gelişmiş çip tasarımları, özellikle daha küçük ve daha yoğun özellikler gerektirdiği için geleneksel lityografide kullanılan ışık dalga boyunun getirdiği sınırları aşmaktadır. Bu çipleri oluşturmak için, daha küçük ve daha sıkı özellikler elde etmek için daha büyük boyutlu çoklu desen örtüşmeleri kullanılır… En temel çoklu desen örtüşme biçimi çift modellemedir – özellik yoğunluğunu iki katına çıkarmak.”
Çin yarıiletken üreticilerinin, Nikon ya da daha olası olarak ASML’den satın alınan ArF batırmalı sistemleri kullanarak 7nm veya hatta 5nm işlem düğümü ile yongaları imal edebilmesinin sebebini açıklar. 5nm, etkin bir şekilde ticari üretim için DUV lityografi kullanarak gidilebilecek sınır gibi görünmektedir.
ASML, 1984 yılında kuruldu. 20 yıl boyunca, geride kalmayı sürdürdü ancak 2003 yılında, yüksek verimlilik ve daha yüksek doğruluğa ulaşan çift sahne sistemi olan ilk TWINSCAN ArF batırmalı tarayıcıyı başlattı. ASML, Canon ve Nikon’u geçti ve ardından yüzde 80’den fazlası değer bazında 2001’de yüzde 80’in üzerine çıktığı 2023 yılına kadar sürdürdüğü IC lityografi pazarındaki hakimiyetini artırdı.
ASML, 2010 yılında ilk EUV tarayıcıları sevk etti. 2016 yılında, yüksek hacimli üretim makineleri sevkiyatına başlamıştı. Şu anda, EUV lityografisi 3nm’de seri üretimi mümkün kılmaktadır ve 2nm yakın gelecekte gelmesi beklenirken, 1nm’nin de on yıl sonunda gelmesi beklenmektedir.
ASML’nin IC lityografi pazarındaki yüksek uçtaki hakimiyeti en son satış rakamlarında açıkça görülmektedir: Haziran 2024’e kadar olan üç aylık dönemde, ASML sekiz adet EUV, 32 adet ArF batırma, 11 adet ArF kuru, 33 adet KrF ve 16 i-line lityografi sistemi satmıştır.
Nikon, Haziran ayına kadar sadece dört i-line sistem satarak, Mart 2025’e kadar beş tane ArF batırmalı, altı ArF kuru, iki KrF ve 22 i-line sistem satmayı beklemektedir – yani bir yılda ASML’nin geçen çeyrekte sevkiyatını yaptığıdan daha az miktarda ArF ve KrF makineleri beklemektedir.
Canon, Haziran ayına kadar 10 adet KrF ve 50 adet i-line sistem satmıştır ve Aralık ayına kadar 54 KrF ve 190 i-line sistem satmayı beklemektedir. Olgun teknolojilerde Canon, yüksek kaliteli yüksek hacimli Çinli bir rakip olup yaptırımlara tabi olmayan zorlu bir referanstır.
SMEE (Şanghay Mikro Elektronik Ekipmanları AŞ), Çin’in önde gelen IC lityografi ekipmanı üreticisidir. 2002 yılında kurulan SMEE, ön uç IC üretimi ve arka uç IC paketleme, güç yarıiletkenleri, LED’ler (ışık yayan diyotlar), MEMS’ler (mikro elektro-mekanik sistemler) ve FPD’ler (düz panel ekranlar) için lityografi sistemleri geliştirmiştir.
Canon ve Nikon, FPD lityografi ekipmanlarının hakim üreticileri olup ASML’nin yapmadığı ve ABD tarafından yaptırılmayan bir türdür.
SMEE, 280nm, 110nm, 90nm ve şu anda muhtemelen 65nm tasarım kurallarına sahip IC’ler üretebilen ArF tarayıcılar üretmektedir – bu da muhtemelen Çin’in MIIT tarafından şu anda tanıtılan lityografi sistemlerinin üreticisi olabileceği anlamına gelir.
2020 yılından itibaren SMEE, batırma lityografi üzerinde çalışmaktadır. Ancak, 28nm işlem düğümünde IC’ler üretebilen bir sistem henüz tamamlanmış veya başarılı bir şekilde geliştirilmiş raporları şimdiye kadar erken gelmiştir. Bu yılın Nisan ayında, başka bir Çin şirketi olan Naura Technology’in, kendi kendine hizalayan dörtlü desenleme teknolojisini kullanarak bir lityografi Ar-Ge projesini başlattığı yönünde raporlar vardı fakat bu onaylanmadı. DigiTimes, Naura’nın 28nm üretim kapasitesine sahip etsin ve depolama ekipman yapma kapasitesine dikkatle baktığını bildiriyor.
Muhtemelen, SMEE’nin 28nm’lik lityografi sistemlerini üretmenin oldukça zor olduğunu bulduğu ve Naura’nın da büyük olasılıkla aynı teknoloji üzerinde çalıştığı ancak daha küçük çözünürlüklerin muhtemelen takip edeceği görüşüdür. SMEE’nin bir süredir EUV üzerinde de çalıştığı belirtiliyor. ABD’nin, Hollanda’dan Çin müşterilerine sattığı ArF batırma lityografi sistemlerine hizmet vermeyi durdurmak için baskı yapması neticesinde, Çinlilerin ithal ekipmanları değiştirme çabalarını artırmaları gerektiğini hissettikleri bir zamanda artan bir aciliyet hissediyorlar. Bu yeni yaptırımın ne kadar etkili olacağı henüz görülmese de, Çinlilere ithal ekipmanları değiştirme çabalarını artırmak için ek bir teşvik sağlamaktadır.
News
