Yi Zou, Senior Director of Engineering, ASML Silicon Valley – Rozhovorová série

Yi Zou řídí týmy pro vývoj produktů datové vědy v ASML Silicon Valley. ASML vyvíjí sofistikovaný software a metrologické řešení, které řeší rostoucí složitost při výrobě na menších uzlech.

Co vás zajímalo, abyste se rozhodli pro studium inženýrství?

Jako dítě jsem byl vždy velmi zvědavý a zajímalo mě, jak věci fungují. To mě vedlo k zájmu o přírodní vědy na střední škole, ale brzy jsem si uvědomil, že inženýři jsou ti, kteří navrhují a staví řešení skutečných problémů a mají pozitivní dopad na náš svět.

Na univerzitě jsem také ocenil, jak inženýrské tituly rozvíjejí důležité dovednosti, kromě základů fyziky a matematiky, které jsou velmi přenosné na trhu práce do mnoha různých kariér. Inženýři získávají silné analytické a kritické myšlení, stejně jako schopnost přecházet z velkého obrazu na detailní přístup, který je potřebný k tomu, aby se nápady staly realitou – od kreativního konceptu po systémový design až po konečný produkt.

Můžete nám říct o své cestě, jak jste se stal Senior Director of Engineering v ASML?

V roce 2014 jsem se připojil k ASML z GlobalFoundries, americké polovodičové společnosti, která navrhuje a vyrábí křemíkové čipy. Jako člen týmu Advanced Technology Development v ASML Silicon Valley jsem vedl několik výzkumných projektů zaměřených na hodnocení a prototypování litografických technik pro zlepšení výrobního procesu čipů, jako je zlepšení rozlišení vzoru.

V téže době jsem postavil technický tým, který se specializoval na strojové učení. Prokázali jsme proveditelnost použití hlubokého učení pro několik kritických aplikací, což vedlo k vývoji nové produktové řady. Také jsem vedl úzkou spolupráci s přední čipovou společností, abychom prozkoumali aplikace datové vědy ve vysoké objemové výrobě fabrik (továren, kde se vyrábějí čipy). To vedlo k vytvoření několika nových příležitostí pro přidání hodnoty pro ASML. Od mé poslední promoce v roce 2019 pokračuji v rozšiřování technik datové vědy do našeho širšího zákaznického trhu.

ASML je inovačním lídrem v polovodičovém průmyslu, protože poskytuje čipovým výrobcům vše, co potřebují – hardware, software a služby – pro hromadnou výrobu vzorů na křemíku pomocí litografie. Můžete stručně vysvětlit, co je litografie v souvislosti s návrhem počítačových čipů?

Práce, kterou ASML dělá, je klíčovým ingrediencem pro výrobu čipů, které jsou výkonnější, levnější, energeticky efektivnější a více všudypřítomné. Začíná to naším litografickým systémem, který je vlastně projekčním systémem, který používá ultrafialové světlo k vytvoření miliard mikroskopických struktur na tenkých plátcích křemíku.

Světlo je projektováno na modrou tiskovou desku (známou jako „retikl“ nebo „maska“), která bude vytištěna. Optika zaměřuje vzor na křemíkovou destičku, která byla dříve potažena světlocitlivou chemikálií. Když jsou neoexponované části odstraněny, je odhalen trojrozměrný vzor. Tento proces se opakuje mnohokrát v systému step-and-scan, který měří a exponuje paralelně.

Tyto čipy tvoří, co se rovná mnohapodlažnímu „městu“ obvodů s miliardami mikroskopických spojů na tenkých vrstvách. Tyto struktury dohromady tvoří integrovaný obvod, nebo čip. Čím více struktur, které čipoví výrobci mohou vtěsnat do čipu, tím rychlejší a výkonnější je.

ASML má dva hlavní typy litografických systémů. Můžete vysvětlit, co je EUV litografický systém?

EUV představuje největší krok vpřed v litografii od začátku. Problém s EUV světlem je, že je absorbován vším, i vzduchem. Je také velmi obtížné jej vygenerovat.

EUV litografický systém má velkou vakuovou komoru, ve které může světlo cestovat dostatečně daleko, aby dosáhlo destičky. Světlo je směrováno sérií ultra-odrazivých zrcadel. EUV systém používá vysoceenergetický laser, který střílí na mikroskopickou kapičku roztaveného cínu (která se pohybuje 50 000krát za sekundu) a mění ho na plazmu, emitující EUV světlo, které je poté zaměřeno do paprsku.

Můžete vysvětlit, jak se DUV litografický systém liší od EUV litografického systému?

Náš DUV litografický systém je průmyslový tahák, který se používá k výrobě širokého spektra polovodičových uzlů a technologií. EUV je používán vedle DUV systémů na nejpokročilejších uzlech a kritických vrstvách pro ekonomicky efektivní škálování.

Jedním z působivých aspektů ASML je, jak společnost renovuje staré systémy, jako jsou „klasické“ systémy PAS 5500 a TWINSCAN litografie. Pro co jsou tyto systémy v současné době renovovány?

Oba Mooreův zákon a Více než Moore pohánějí poptávku po našich nákladově efektivní řešení, což pohání prodej nově postavených TWINSCAN imerzních a suchých systémů, stejně jako renovovaných PAS 5500 a TWINSCAN stepperů a skenerů.

Jaký je současný nanometrový vlnový rozsah, se kterým může ASML pracovat?

Nejpokročilejší EUV litografické systémy ASML dodávají 13,5 nm vlnovou délku EUV světla.

Mooreův zákon je konzistentní již několik desetiletí, věříte, že Mooreův zákon je na konci nebo že jej lze dále prodloužit?

Prodloužení Mooreova zákona se stává stále obtížnějším a nákladnějším, ale není mrtvý. Není tak blízko fundamentálním fyzikálním limitům, jak by někteří chtěli, aby se zdálo. Další generace čipových designů bude zahrnovat exotické materiály, nové balicí technologie a složitější 3D designy. Tyto nové designy umožní další velké vlny inovací, jako je pokročilá umělá inteligence a rychlé připojení s 5G, stejně jako generují spotřebitelské produkty, o kterých jsme si dosud neuvědomili.

Osobně pracuji v rámci aplikací ASML, zaměřených na vývoj softwarových řešení pro prodloužení výkonových schopností našeho hardwaru, který čipoví výrobci používají k hromadné výrobě stále menších vzorů na křemíku. Bylo by nemožné pro naše litografické systémy vyrábět čipy při stále menších rozměrech bez softwaru, který vyvíjíme.

Náš tým inženýrů neustále pracuje na pochopení a modelování fyzikálních efektů, které ovlivňují proces vytváření vzoru, aby jsme mohli předpovědět, jak bude designový vzor vytištěn na křemíkovou destičku, a optimalizovat jeho tvar, aby generoval obraz, který chceme.

To je iterativní, výpočetně náročný proces, který vyžaduje efektivní a přesné využití velké škály, distribuované high-performance výpočetní architektury. Dnešní pokročilé čipy mají miliardy tranzistorů, což znamená, že musíme simulovat a optimalizovat obrazování miliard vzorů. Abychom dosáhli tohoto s extrémní přesností do 24 hodin, musíme najít chytré způsoby, jak dále zlepšovat výkon modelu, pokud jde o přesnost a dobu běhu.

Jako čipové rozložení se stává složitějším pro prodloužení Mooreova zákona, strojové učení může dramaticky urychlit klíčovou část simulačního a výrobního procesu. V rámci týmů ASML Silicon Valley výzkumníci zkoumají, jak navrhnout novou neuronovou síť, aby pomohla pochopit složitou fyziku, která je neznámá fyzikálnímu modelu, a poté použít neuronovou síť k doplnění fyzikálního modelovacího přístupu.

Metodologie používaná k vývoji přísných fyzikálních modelů a modelů strojového učení je velmi podobná. Obě vyžadují mnoho experimentálních výsledků a dat pro tvarování předpovědi, ale strojové učení šetří spoustu času a úsilí, zatímco zlepšuje přesnost. Představuje také příležitost k lepšímu využití velkého množství dat generovaných ve výrobním prostředí ke zlepšení procesní kontroly.

To je pouze jeden příklad, který ilustruje širší téma napříč naším odvětvím: Dokud budou technologové pověřeni misí prodloužit Mooreův zákon, nové inovativní řešení budou řešit problém škálování prostřednictvím mnoha různých kreativních cest.

Je něco jiného, co byste chtěli sdílet o ASML?

V Silicon Valley ASML zaměstnává vysoce specializovanou softwarovou sílu, která se zaměřuje na prodloužení Mooreova zákona pomocí svého jedinečného know-how v oblasti fyzikálního modelování a numerických algoritmů.

To nás staví do pozice, abychom se soustředili na několik klíčových priorit pro společnost, včetně:

• Využití stále rostoucí výpočetní síly k dalšímu rozvoji našich aplikací strojového učení zaměřených na simulaci litografického procesu pro prodloužení Mooreova zákona,
• Integrace našich výpočetních a metrologických kompetencí pro další zlepšení přesnosti modelu, stejně jako generování a lepší využití velkého množství vysoce kvalitních obrazových dat pro zlepšení technologie optimalizace vzoru, a
• Podpora a prodloužení našich výpočetních řešení pro roadmapu další generace EUV litografie pro podporu pokračování Mooreova zákona.

Ačkoli se jedná o různé produktové roadmapy, každá paralelní cesta je zásadní pro další udržení agresivních snah o škálování čipových výrobců. A strojové učení je umožňující technologie používaná na každé cestě. Naše inovace nejen pohánějí dopředu celý spotřebitelský technologický průmysl, ale také pohánějí další inovace v našich vlastních produktech, jakmile získáme stále rostoucí výpočetní sílu.

Děkuji vám za odpovědi na naše otázky. Čtenáři, kteří si chtějí dozvědět více, by měli navštívit ASML Silicon Valley

https://youtu.be/l_DXCi0vNwI