Amerika merkezli bir teknoloji girişimi olan Substrate, çip üretiminde devrim yaratma potansiyeli taşıyan yeni bir X-ışını litografi (XRL) sistemi geliştiriyor. Parçacık hızlandırıcı tabanlı bir ışık kaynağıyla desteklenen bu sistem, mevcut EUV litografi teknolojisine kıyasla hem daha üstün performans hem de önemli ölçüde maliyet avantajı vaat ediyor. Substrate, bu teknolojisiyle 2nm sınıfı çiplerden daha ince yapılar üretmeyi hedefliyor ve bu sürecin 2030 yılından önce tamamlanacağını belirtiyor.
Maliyetli Araçlar, Pahalı Çipler
Günümüzde entegre devrelerin giderek küçülmesiyle birlikte, çip üreticileri devasa maliyetlere sahip litografi araçları kullanmak zorunda kalıyor. ASML'nin gelişmiş EUV tarayıcılarının maliyeti 235 milyon dolardan başlayıp 380 milyon dolara kadar çıkabiliyor. Bu durum, fabrikaların kurulumunu ve çip üretimini oldukça pahalı hale getiriyor. Substrate'in tahminlerine göre, 2030 yılına gelindiğinde en ileri teknolojiye sahip bir fab'ın maliyeti 50 milyar dolara ulaşacak ve bu da yarı iletken üretimini sadece çok zengin şirketlerin yapabileceği bir alan haline getirecek. Mevcut üretim süreçlerinde bir 300 mm'lik wafer'ın maliyetinin 100.000 dolara kadar çıkabileceği öngörülüyor. Bu durum, küçük şirketler için gelişmiş çip geliştirme ve üretimini imkansız kılabilir.
Substrate, bu gidişatı değiştirmeyi ve 2030 yılına kadar wafer başına maliyeti sadece 10.000 dolara indirmeyi amaçlıyor. Şirket, "Substrate olarak, mevcut maliyet artış yoluna kıyasla en ileri seviye silikon maliyetini on kat azaltacak bir yol haritamız var. On yılın sonuna kadar Substrate, 100.000 dolar yerine 10.000 dolar civarında wafer üretecek," şeklinde bir açıklama yaptı.
Substrate'in X-Işını Litografisi
Substrate, çip üretimi için kısa dalga boylu X-ışını radyasyonu üreten yeni bir litografi sistemi geliştiriyor. Bu sistemin amacı, ASML'nin pahalı EUV litografi tarayıcılarını, 2nm sınıfı işlem teknolojisi (hatta daha da gelişmişi) düzeyinde transistör desenleri basabilen, kompakt ve düşük maliyetli makinelerle değiştirmek. Firma, bu makinenin çip üretim maliyetlerini on yılın sonuna kadar 10 kat azaltacağını iddia ediyor.
Substrate'in teknolojisinin temelinde, elektronları radyo frekans boşlukları kullanarak ışık hızına yakın bir hıza çıkaran özel bir parçacık hızlandırıcı bulunuyor. Bu yüksek hızlı elektronlar, dizilmiş mıknatıslar arasından geçerken enerjilerini serbest bırakarak yoğun ve tutarlı X-ışını ışınları üretiyor. Bu ışınlar, hassas optikler aracılığıyla bir maskeye yansıtılarak fotoresist kaplı silikon wafer üzerine desen basıyor. Bu yöntemin, mevcut EUV tarayıcılarının ulaştığı kritik boyutlardan daha ince desenler basabildiği ve özellikle uçtan uca mesafelerde (T2P spacing) üstünlük sağladığı belirtiliyor.
Şirketin paylaştığı laboratuvar sonuçlarına göre, Substrate'in XRL yöntemi, 12nm kritik boyutlara (CD) ve 13nm uçtan uca mesafeye (T2T) sahip desenler basabiliyor. Bu değerler, modern EUV tarayıcılarının tek pozlamada elde edebildiği 26nm metal aralığı ve 25nm T2T boşluğundan daha gelişmiş bir durum sergiliyor. Eğer bu sonuçlar seri üretime uyarlanabilirse,Substrate'in teknolojisi, karmaşık 3nm ve 2nm sınıfı işlem teknolojileri için kullanılan pahalı EUV çoklu desenleme veya desen şekillendirme yöntemlerine bir alternatif sunabilir.
Gelecekteki Zorluklar
Substrate'in X-ışını litografi teknolojisini laboratuvar başarısından uygulanabilir bir üretim aracına dönüştürmesi için hala yapması gereken çok iş var. Şirketin, sisteminin kararlılığını, optik hassasiyetini, resist uyumluluğunu, bindirme doğruluğunu ve ticari üretim hızını eşzamanlı olarak sürdürebildiğini kanıtlaması gerekiyor. Mevcut fotoresistler, EUV radyasyonuna göre optimize edildiğinden, X-ışını radyasyonuyla uyumlu değil. Bu nedenle Substrate'in yeni bir resist geliştirmesi ve bunu yüksek hacimde üretmesi gerekecek. Ayrıca, X-ışını radyasyonuna dayanabilecek fotomaskelerin geliştirilmesi, X-ışınları için özel aynaların seri üretimi ve bu sistemlerin vakum ortamında hassas bir şekilde hizalanması gibi pek çok teknik zorluğun üstesinden gelinmesi gerekiyor.
Substrate'in bu yeni teknolojiyi ticari bir ürün haline getirme hedefi, üretim hızının da ASML'nin EUV araçlarının seri üretime geçiş süresine benzer bir zaman alabileceği anlamına geliyor. ASML'nin EUV yolculuğu, ilk demo aracından seri üretime kadar yaklaşık 12 yıl sürmüştü.
Yeni Bir Paradigm
Substrate'in en dikkat çekici planlarından biri, geliştirdiği XRL araçlarını üçüncü taraf çip üreticilerine satmak yerine, kendi fabrikalarını kurarak çip üretimi hizmeti sunmak. Bu strateji, şirkete ABD hükümeti nezdinde jeopolitik bir önem kazandırabilir. Ancak bu yaklaşım, başlangıçta on milyarlarca dolarlık yatırım gerektirecek ve mevcut X-ışını litografi üretim ekosistemi henüz tam olarak oluşmamış durumda.
Substrate'in başarılı olması durumunda, çözünürlük ve performans açısından ASML'yi geride bırakarak ve tasarım döngü süresi ile potansiyel olarak hacim açısından TSMC'yi zorlayarak, yarı iletken tedarik zincirinin dengesini ABD'ye doğru kaydırabilir.
Teknoloji dünyasında heyecan verici gelişmeler yaşanmaya devam ediyor. Substrate'in X-ışını litografi alanındaki bu yenilikçi yaklaşımı, gelecekteki çip üretim süreçlerini ve maliyetlerini kökten değiştirebilir.
