TSMC جزئیات فرآیند ساخت 5 نانومتری نسل آینده تراشه‌هایش را منتشر کرد

شرکت TSMC اخیرا در یک رویداد ویژه، فناوری ساخت ۵ نانومتری نسل آینده تراشه‌هایش را معرفی کرد. این فرآیند که در سال ۲۰۲۰ محصولات تجاری مبتنی بر آن به بازار عرضه می‌شوند، CLN5 نام دارد و از لیتوگرافی ماوراء‌بنفش (EUV) بهره می‌برد. این فناوری به TSMC اجازه می‌دهد چگالی ترانزیستور‌های یک تراشه را به میزان شگفت‌آوری افزایش دهد. البته نمی‌توان انتظار یک عملکرد خارق‌العاده و توان مصرفی فوق‌العاده کم داشت و میزان بهبود‌های مورد انتظار نمی‌تواند چندان چشم‌گیر باشد.

TSMC مانند سایر تولید‌کنندگان تراشه‌، به‌تدریج در حال استفاده از سیستم‌های Step & scan مدل Twinscan NXE:3400 EUV شرکت ASML برای لیتوگرافی فرابنفش است. سال آینده این شرکت از این سیستم‌ها برای ساخت نسل دوم تراشه‌های ۷ نانومتری خود موسوم به (+CLN7FF) بهره خواهد برد. استفاده از این سیستم‌ها در تولید تراشه‌های ۷ نانومتری جدید و در لایه‌های نه‌چندان مهم که سال آینده آغاز می‌شود، بهبود‌های زیادی نسبت به تراشه‌های ۷ نانومتری کنونی (CLN7FF) ایجاد می‌کند که به گفته TSMC چندان چشم‌گیر نیست. بر اساس اعلام این شرکت، تراشه‌های ++CLN7FF نسبت به نمونه‌های کنونی ۲۰ درصد چگالی ترانزیستور بیشتر و ۱۰ درصد توان مصرفی کمتر در شرایط مشابه از نظر فرکانس کاری و پیچیدگی تراشه خواهند داشت؛ اما فرآیند ساخت ۵ نانومتری CLN5 استفاده بیشتری از لیتوگرافی فرابنفش EUV خواهد داشت و بهبود‌های بیشتری از آن انتظار داریم. بر اساس اعلام این شرکت نسل ۵ نانومتری نسبت به نسل ۷ نانومتری بهبودیافته ++CLN7FF تراشه‌های تولیدی این شرکت، افزایش چگالی ترانزیستورها به میزان ۱.۸ برابری تجربه می‌کند که معادل کاهش ۴۵ درصدی مساحت مدار‌های مجتمع است. همچنین در این رویداد اعلام شد تراشه‌های ۵ نانومتری در یک شرایط یکسان از نظر فرکانس و پیچیدگی تراشه به میزان ۲۰ درصد توان مصرفی کمتری خواهد داشت که معادل افزایش فرکانس کاری به میزان ۱۵ درصد خواهد بود. در نسل آینده تراشه‌ها، TSMC امکان ساخت تراشه‌هایی با ترانزیستور‌های با ولتاژ آستانه فوق کم (ELTV) را فراهم خواهد کرد تا به مشتریان اجازه دهد فرکانس تراشه‌هایشان را تا ۲۵ درصد افزایش دهند. البته هنوز جزئیات زیادی از این تکنولوژی منتشر نشده است.

میزان کم بهبود‌های مورد انتظار در تغییر نسل تراشه‌های این شرکت از CLN7FF به ++CLN7FF و در سال ۲۰۲۰ به CLN5، نشان‌دهنده این حقیقت است که روز‌به‌روز بهبود بیشتر فناوری ساخت مدار‌های مجتمع الکترونیک، سخت‌تر می‌شود. باید دید در آینده مشتریان TSMC برخی تغییر نسل‌ها را به دلیل بهبود نه‌چندان زیاد در کارایی نادیده می‌گیرند یا همچنان پا‌به‌پای نسل‌های بعدی تراشه‌های الکترونیکی حرکت می‌کنند. البته طی سال‌های گذشته دیده شده است که شرکت‌های بزرگ مانند اپل سعی داشته‌اند از قطار تکنولوژی تراشه‌های الکترونیکی عقب نیافتند. 

موضوع دیگر آمادگی کامل تجهیزات و امکانات لازم برای تولید است. بر اساس یک گزارش، شرکت TSMC در حال ساخت کارخانه جدیدی برای ساخت تراشه‌های ۵ نانومتری CLN5 است. در این محل جدید تعداد بسیار زیادی دستگاه لیتوگرافی NXE:3400 نصب خواهد شد. البته بر اساس گزارش TSMC در حال حاضر میزان توان نوری روزانه حداکثر این دستگاه‌ها فقط ۱۴۵ وات است که برای تولید انبوه در مقیاس بزرگ مناسب نیست. البته برخی مدل‌ها قابلیت پشتیبانی تا ۲۵۰ وات را هم دارند و تا پایان سال جاری میلادی شرکت TSMC قصد دارد به رکورد ۳۰۰ وات برسد. با‌این‌حال تجهیزات لیتوگرافی EUV نیازمند بهبود‌های بیشتری هستند و باید تا سال آینده برخی از مشکلات مانند میزان عبور نور فرابنفش که در حال حاضر ۸۳ درصد است و باید به ۹۰ درصد برسد نیز تا سال آینده حل شود. در نهایت TSMC در این رویداد اعلام کرد لیتوگرافی EUV هنوز برای استفاده کاملا آماده نیست اما برای سال ۲۰۱۹ و ۲۰۲۰ به‌طور کامل وارد فرآیند تولید تراشه‌های این شرکت خواهد شد.