Yi Zou, Senior Director of Engineering, ASML Silicon Valley – Haastattelusarja

Yi Zou johtaa data science -tuotekehitystiimien ASML Silicon Valleyssä. ASML kehittää monimutkaisia ohjelmisto- ja metrologiaratkaisuja, jotka vastaavat pienempien solmujen kasvavaan monimutkaisuuteen.

Mikä sai sinut kiinnostumaan tekniikasta?

Lapsena olin aina erittäin utelias ja kiinnostunut ymmärtämään, miten asiat toimivat. Tämä johti minun kiinnostukseen tieteen ja teknologian kohtaan lukiossa, mutta pian tajusin, että insinöörit ovat ne, jotka suunnittelevat ja rakentavat ratkaisuja todellisiin ongelmiin ja tekevät positiivisen vaikutuksen maailmaamme.

Yliopistossa arvostin myös sitä, miten insinööritutkinnot kehittivät tärkeitä taitoja, kuten analyyttista ajattelua ja kriittistä ongelmanratkaisua, jotka ovat hyvin siirrettävissä työmarkkinoille. Insinöörit hankkivat vahvat analyyttiset taidot ja kyvyn siirtyä suuresta kuvaan yksityiskohtaiseen lähestymistapaan, joka on tarpeen ideoiden toteuttamiseen – luovuuden käsitteestä järjestelmän suunnitteluun ja lopputuotteeseen.

Voitko kertoa meille, miten sinusta tuli ASML:n Senior Director of Engineering?

Vuonna 2014 liityin ASML:ään GlobalFoundriesista, yhdysvaltalaisesta puolijohdevalmistajasta. ASML Silicon Valleyssä olen johtanut useita tutkimushankkeita, jotka keskittyvät litografiatekniikoiden arviointiin ja prototyyppien kehittämiseen parantamaan piirien valmistusprosessia, kuten parannettua kuvaerottelua.

Saman aikaisesti olen rakentanut tiimin, joka on erikoistunut koneoppimiseen. Olemme osoittaneet syvän oppimisen soveltamisen mahdollisuuden useisiin kriittisiin sovelluksiin, mikä on johtanut uuden tuoteperheen kehittämiseen. Olen myös johtanut tiiviissä yhteistyössä johtavan piirinvalmistajan kanssa data science -sovellusten tutkimista suurten tuotantolaitosten ympäristössä. Tämä on johtanut useiden uusien lisäarvojen luomiseen ASML:lle. Viimeisimmän ylennykseni jälkeen vuonna 2019 olen jatkanut data science -tekniikoiden laajentamista laajempaan asiakastamme.

ASML on innovaatioiden johtaja puolijohdeteollisuudessa, ja se tarjoaa piirinvalmistajille kaiken tarvittavan – laitteet, ohjelmistot ja palvelut – massatuotantoon litografian kautta. Voitko lyhyesti kertoa, mitä litografia on piirien suunnittelussa?

ASML:n tekemä työ on avainkomponentti tehokkaampien, halvempien, energiatehokkaampien ja yleisempien piirien valmistamiseen. Se alkaa litografiamme, joka on periaatteessa projektori, joka käyttää ultraviolettivaloa luomaan miljardeja pieniä rakenteita ohuisiin piisiliciin.

Valoa heijastetaan piirroskuvan (tunnetaan myös nimellä “retikeli” tai “maski”) päälle, joka tulostetaan. Optiikka kohdistaa kuvan piisiliuskalle, jolle on aiemmin levitetty valonherkkää kemikaalia. Kun altamattomat osat poistetaan, paljastuu kolmiulotteinen kuva. Prosessi toistetaan useita kertoja askel- ja skannausjärjestelmässä, joka mitataan ja altistetaan rinnakkain.

Nämä piirit muodostavat miljardeja yhteyksiä piisiliuskakerroksilla. Nämä rakenteet muodostavat yhdessä integroidun piirin eli piirin. Mitä enemmän piirejä voidaan tiivistää piiriin, sitä nopeampi ja tehokkaampi se on.

ASML:llä on kaksi päätyyppiä litografialaitteita. Voitko selittää, mitä EUV-litografia on?

EUV edustaa suurinta askelta litografian kehityksessä alusta lähtien. EUV-valon ongelmallinen asia on, että se imee itseensä kaiken, myös ilman. Se on myös erittäin vaikea tuottaa.

EUV-litografialaitteessa on suuri tyhjiökammio, jossa valo voi kulkea riittävän pitkälle, jotta se voi laskeutua piisiliuskalle. Valoa ohjataan sarjan ultraheijastimien avulla. EUV-järjestelmä käyttää korkean energian laseria, joka ampuu mikroskooppisen tinapisaran (joka liikkuu 50 000 kertaa sekunnissa) ja muuttaa sen plasmaaksi, josta EUV-valoa emitoidaan, joka sitten kohdistetaan säteeksi.

Voitko selittää, miten DUV-litografialaitteisto eroaa EUV-litografialaitteistosta?

DUV-litografialaitteistomme on teollisuuden työhevonen, jota käytetään laajan valikoiman puolijohdesolmujen ja teknologioiden valmistamiseen. EUV käytetään DUV-järjestelmien rinnalla edistyneimmissä solmuissa ja kriittisissä kerroksissa edullisen skaalautuvuuden ajamiseksi.

Yksi ASML:n vaikuttavimmista puolista on, miten yhtiö kunnostaa vanhoja järjestelmiä, kuten “klassisen” PAS 5500 ja TWINSCAN-litografialaitteita. Mitä ne ovat tällä hetkellä kunnostettu?

Molemmat Mooren laki ja enemmän kuin Moore ajavat kysyntää kohtuullisista ratkaisuistamme, mikä ajaa sekä uusien TWINSCAN upotus- ja kuivan järjestelmien myyntiä että vanhojen PAS 5500 ja TWINSCAN askel- ja skannausjärjestelmien kunnostusta.

Mikä on nykyinen nanometrin aallonpituus, jolla ASML voi toimia?

ASML:n edistynein EUV-litografialaitteisto toimii 13,5 nanometrin aallonpituudella.

Onko sinun mielestäsi Mooren laki lähellä päättymistään vai voidaanko sitä venyttää pidemmälle?

Mooren lain pidentäminen tulee yhä vaikeammaksi ja kalliimmaksi, mutta se ei ole kuollut. Emme ole yhtä lähellä fysiikan perusrajoja kuin jotkut haluavat meidän uskovan. Seuraavien sukupolven piirisuunnitelmat sisältävät eksotisia materiaaleja, uusia pakkausteknologioita ja monimutkaisempia 3D-suunnitelmia. Nämä uudet suunnitelmat mahdollistavat seuraavat suuret aallonharjat innovaatioissa, kuten edistyneessä tekoälyssä ja nopeassa 5G-yhteydessä, sekä luovat kuluttajatuotteita, joita emme ole vielä keksineet.

Työskentelen ASML:n sovellusliiketoiminnassa, jossa kehitetään ohjelmistoratkaisuja laitteidemme suorituskyvyn laajentamiseen, joita piirinvalmistajat käyttävät massatuotantoon yhä pienempiä kuvioita piisille. Olisi mahdotonta valmistaa piirejä yhä pienemmissä mitoissa ilman ohjelmistoa, jonka kehitämme.

Meidän insinööritiimimme työskentelee jatkuvasti ymmärtääkseen ja mallintaa fysikaalisia vaikutuksia, jotka vaikuttavat kuviointiprosessiin, jotta voimme ennustaa, miten suunnitelman kuva tulostetaan piisiliuskalle ja optimoida sen muotoa saadaksemme haluamme kuvan. Tämä on toistuva, laskennallinen prosessi, joka vaatii suuren mittakaavan, jakelun ja suorituskyvyn arkkitehtuuri. Nykyisten edistyneiden piirien on oltava miljardit transistoreja, joten meidän on simuloitava ja optimoitava kuvien kuvaaminen tarkasti 24 tunnin kuluessa.

Näiden piirien suunnitelmat tulevat yhä monimutkaisemmiksi Mooren lain pidentämiseksi, ja koneoppiminen voi nopeuttaa tärkeää osaa simulaatio- ja valmistusprosessia. ASML Silicon Valleyn tiimeissä data-tieteilijät tutkivat, miten suunnitella uusi neuroverkko auttamaan ymmärtämään monimutkaisia fysikaalisia ilmiöitä, joita ei tiedetä fysikaalisen mallin avulla, ja käyttää neuroverkkoa fysikaalisen mallinnuksen täydentämiseen.

Tutkimusmenetelmät, joita käytetään fysikaalisten mallien ja koneoppimismallien kehittämiseen, ovat hyvin samanlaisia. Molemmat vaativat paljon kokeellisia tuloksia ja dataa muodonmuodostukseen, mutta koneoppiminen säästää paljon aikaa ja vaivaa, parantaen samalla tarkkuutta. Se tarjoaa myös mahdollisuuden hyödyntää paremmin suuria määriä dataa, jotka generoidaan valmistusympäristössä, parantamaan prosessin valvontaa.

Tämä on vain yksi esimerkki laajemmasta teemasta alallamme: niin kauan kuin teknologit ovat tehtävissään laajentamaan Mooren lakia, uudet innovaatioratkaisut tulevat ratkaisemaan skaalauksen ongelman monin eri luovin kautta.

Onko sinulla jotain muuta, mitä haluaisit jakaa ASML:stä?

ASML Silicon Valleyssä työskentelee erittäin erikoistunut ohjelmistotiimi, joka on omistautunut Mooren lain laajentamiseen hyödyntämällä fysikaalista mallinnusta ja numeerisia algoritmeja.

Tämä asettaa meidät keskittymään useisiin tärkeisiin teemoihin, mukaan lukien:

• Hyödyntäämällä kasvavaa laskentatehoa edistääksemme koneoppimissovelluksia litografisen prosessin simuloimiseksi Mooren lain laajentamiseksi,
• Yhdistämällä laskennalliset ja metrologiset osaamisemme parantamaan mallin tarkkuutta sekä generoimaan ja hyödyntämään suuria määriä laadukkaita kuvadata parantamaan kuviointioptimointiteknologiaa, ja
• Tukemalla ja laajentamalla laskennallisia ratkaisuja seuraavan sukupolven EUV-litografian tielle tukemaan Mooren lain jatkumista.

Vaikka nämä ovat eri tuoterajoja, kunkin rinnakkainen polku on olennainen jatkamaan piirinvalmistajien aggressiivisia skaalautumispyrkimyksiä. Koneoppiminen on mahdollistava teknologia, jota käytetään kussakin polussa. Innovointimme ei ainoastaan ajaa eteenpäin koko kuluttajateknologiaindustriaa, vaan myös ajaa lisää innovaatioita omiin tuotteisiimme, kun saamme yhä kasvavaa laskentatehoa.

Kiitos, kun vastasit kaikkiin kysymyksiimme. Lukijat, jotka haluavat oppia lisää, voivat vierailla ASML Silicon Valleyssä

https://youtu.be/l_DXCi0vNwI