EUV-ლითოგრაფია: როგორ იბეჭდება ჩიპი კალის წვეთითა და სარკეებით

ჩიპის ბეჭდვა, არსებითად, ფოტოგრაფიაა. სილიციუმის ფირფიტას სინათლისადმი მგრძნობიარე ფენით, ფოტორეზისტით, ფარავენ და შაბლონის გამოსახულებას სინათლით, ოთხჯერ შემცირებულს, ფირფიტაზე აგეგმილებენ: სადაც სინათლე მოხვდა, ფენა იცვლება, სადაც არა, უცვლელი რჩება. ასე, ფენა-ფენა, ათობით მილიარდი ტრანზისტორი იბეჭდება. ამ პროცესს ლითოგრაფია ჰქვია და დღეს მისი ყველაზე რთული ვარიანტის, EUV-ის, მანქანებს მსოფლიოში ერთი კომპანია ამზადებს. ქვემოთ მოგიყვებით, რა ხდება ამ მანქანის შიგნით და როგორ იქცა ერთი ჰოლანდიური ქალაქი მთელი ინდუსტრიის ვიწრო ადგილად.

რატომ არ კმარა ჩვეულებრივი სინათლე

ლითოგრაფიის მთავარი შეზღუდვა ფიზიკურია: სინათლის ტალღა საკუთარ სიგრძეზე ბევრად წვრილ ხაზს ძნელად ხატავს. ეს დიფრაქციაა: ვიწრო ღიობში გავლისას ტალღა გვერდებზე იფანტება და სურათი ბუნდოვანდება. ათწლეულების განმავლობაში ინდუსტრია ამ ზღვარს ტალღის დამოკლებით უმკლავდებოდა, ხილული სინათლიდან ულტრაიისფერამდე და ბოლოს 193 ნანომეტრამდე. ეს „ღრმა ულტრაიისფერი“, DUV, დღესაც უმეტეს ჩიპს ბეჭდავს და ინჟინრებმა 193 ნანომეტრიდან გასაოცრად ბევრი გამოწურეს: სინათლეს წყლის ფენაში ატარებდნენ, ერთსა და იმავე ფენას ორჯერ და ოთხჯერ ბეჭდავდნენ.

მაგრამ 2010-იანების ბოლოს ტრანზისტორები ისე დაპატარავდა, რომ ამ ხერხებმა ფასი და დრო უფრო სწრაფად გაზარდა, ვიდრე სიმკვრივე. საჭირო იყო ბევრად უფრო მოკლე ტალღა. EUV-ის, „ექსტრემალური ულტრაიისფერის“, ტალღის სიგრძე 13,5 ნანომეტრია, 193-ზე თოთხმეტჯერ მოკლე. პრობლემა ის არის, რომ ასეთი სინათლე ბუნებაში გამოსაყენებელი რაოდენობით არ არსებობს.

სინათლე, რომელსაც კალის წვეთებისგან ქმნიან

ASML-ის მანქანაში 13,5-ნანომეტრიან სინათლეს ასე იღებენ. ვაკუუმურ კამერაში გენერატორი გამდნარი კალის წვეთებს ისვრის: თითოეული დაახლოებით 25 მიკრომეტრია, ადამიანის თმის სისქის მესამედი და წამში 50 000 წვეთი გამოდის, წამში 70 მეტრის სიჩქარით. თითოეულ წვეთს ორი ლაზერული იმპულსი ხვდება. პირველი, სუსტი, წვეთს ბრტყელ დისკოდ აქცევს, რომ მეორეს მეტი ზედაპირი დახვდეს. მეორე, მძლავრი CO₂-ლაზერი, ამ დისკოს პლაზმად აორთქლებს: Zeiss-ის მონაცემებით, დაახლოებით 220 000 გრადუსამდე, რაც მზის ზედაპირზე ორმოცჯერ მეტია. სწორედ ეს პლაზმა ასხივებს ექსტრემალურ ულტრაიისფერს.

ეს წამში 50 000 ჯერ მეორდება და თითოეულ წვეთს ლაზერი მიკრომეტრზე ნაკლები ცდომილებით უნდა მოხვდეს, თორემ სინათლე არ იქნება, ან იქნება, მაგრამ არასაკმარისი. სინათლის სიმძლავრე პირდაპირ განსაზღვრავს, რამდენ ფირფიტას დაბეჭდავს მანქანა საათში. დღეს წარმოებაში 600-ვატიანი წყაროებია, ხოლო 2026 წლის თებერვალში ASML-მა 1 000-ვატიანი აჩვენა, რომელიც წამში 100 000 წვეთს იყენებს და დამატებით იმპულსს, რომელიც წვეთს ფორმას უცვლის.

სარკეები შუშის ნაცვლად

13,5-ნანომეტრიან სინათლეს ერთი უსიამოვნო თვისება აქვს: მას თითქმის ყველაფერი შთანთქავს, ჰაერიც კი. ამიტომ მთელი გზა, წყაროდან ფირფიტამდე, ვაკუუმში გადის და ლინზები, რომლებითაც ჩვეულებრივი ლითოგრაფია მუშაობს, აქ გამოუსადეგარია: შუშა ამ სინათლეს ატარებს კი არა, შთანთქავს. ლინზების ნაცვლად სარკეებია, მაგრამ ჩვეულებრივი სარკეც არ ვარგა. გერმანული Zeiss-ის სარკეები მოლიბდენისა და სილიციუმის მონაცვლე ფენებისგან შედგება, ას ფენამდე, თითოეული რამდენიმე ატომის სისქის და ისეა გათვლილი, რომ ცალკეული ფენებიდან არეკლილი ტალღები ერთმანეთს აძლიერებს. საუკეთესო შემთხვევაშიც ასეთი სარკე სინათლის მხოლოდ 70 პროცენტს ირეკლავს. მარტო საპროექციო ოპტიკაში ექვსი სარკეა და თითოეული მესამედს კარგავს: ფირფიტამდე წყაროს სინათლის მცირე ნაწილიღა აღწევს. სწორედ ამიტომ არის ლაზერის სიმძლავრე ასეთი მნიშვნელოვანი.

მანქანა, რომელიც სამი თვითმფრინავით მოდის

ერთი EUV-მანქანა 180 ტონამდე იწონის და, ASML-ის თქმით, მის გადასატანად ორმოცამდე კონტეინერი, ოცი სატვირთო ავტომობილი და სამი სატვირთო თვითმფრინავი სჭირდება. მიმდინარე თაობა, NXE:3800E, საათში 220 ფირფიტას ბეჭდავს. ფასს ASML არ ასაჯაროებს; მედიის შეფასებით, ის 180–200 მილიონი ევროს ფარგლებშია.

შემდეგი თაობა, High-NA, მოდელები EXE:5000 და EXE:5200B, უფრო დიდ სარკეებს იყენებს: ოპტიკის რიცხვითი აპერტურა 0,33-დან 0,55-მდე გაიზარდა, რაც 13-ის ნაცვლად 8-ნანომეტრიანი ხაზების ერთი ექსპოზიციით დახატვის საშუალებას იძლევა. ამას თავისი ფასი აქვს. დიდი სარკეებიდან სინათლე შაბლონს ისეთი კუთხით ეცემა, რომ ჩვეულებრივი შემცირება აღარ მუშაობს, ამიტომ ოპტიკა ანამორფულია: სურათს ერთი მიმართულებით ოთხჯერ ამცირებს, მეორეთი კი რვაჯერ. შედეგად ერთი ექსპოზიციის ველი ნახევრდება და რომ წარმადობა არ დაეცეს, ფირფიტის მაგიდა 8g-ით უნდა აჩქარდეს, შაბლონისა კი 32g-ით, ოთხჯერ მეტად, ვიდრე წინა თაობაში. სპეციფიკაციით EXE:5200B საათში 175 ფირფიტას ბეჭდავს; 2026 წლის სექტემბერში ASML-ის წარმომადგენელმა თქვა, რომ დღეს რეალურად 135-ია, 175-ს კი მალე მიაღწევენ. ერთი ასეთი მანქანა, 2024 წლის ცნობებით, დაახლოებით 380 მილიონი დოლარი ღირს. პირველი Intel-მა მიიღო 2023 წლის დეკემბერში; 2026 წლის სექტემბრისთვის ოთხ მომხმარებელთან ათი მუშაობს და Intel-მა High-NA უკვე თავისი 18A პროცესის ზოგიერთ ფენაზე გამოიყენა, რაც მასობრივ წარმოებაში პირველი გამოყენებაა.

როგორ გახდა ერთი კომპანია მთელი ინდუსტრიის ვიწრო ადგილი

ASML 1984 წელს ჰოლანდიური Philips-ისა და ASM International-ის ერთობლივ საწარმოდ დაარსდა და მისი პირველი პროდუქტი ჩავარდა: PAS 2000 ფირფიტას ზეთის წნევით ამოძრავებდა და ზეთი ჟონავდა, სუფთა ოთახში, სადაც მტვრის ნაწილაკიც კატასტროფაა. კომპანიას იაპონელი კონკურენტებივით ყველაფრის თავად დამზადების ფული არ ჰქონდა და სწორედ ეს გახდა მისი სტრატეგია: ASML აწყობს და აერთიანებს, ნაწილებს კი სპეციალიზებული მწარმოებლებისგან ყიდულობს, ოპტიკას Zeiss-ისგან, რომლის ნახევარგამტარული განყოფილების 24,9 პროცენტი 2017 წლიდან ASML-ს ეკუთვნის. მოდულური მანქანა ადგილზე იშლება და ისევ იწყობა; 1991 წლის PAS 5500-მა კომპანია პირველად მომგებიანი გახადა.

EUV-ზე გადასვლა კომპანიისთვის სიცოცხლისა და სიკვდილის საკითხი იყო და ASML-მა უჩვეულო რამ გააკეთა: 2012 წელს მომხმარებლებს სთხოვა, თავად დაეფინანსებინათ კვლევა. Intel-მა 3,3 მილიარდი ევრო გადაიხადა: უმეტესი ნაწილი აქციების 15 პროცენტში, დანარჩენი კვლევის დასაფინანსებლად; TSMC-მ 5 პროცენტი აიღო, Samsung-მა კი 3. მსოფლიოს სამი უდიდესი ჩიპმწარმოებელი მიმწოდებლის თანამფლობელი გახდა და 2013 წელს ASML-მა ლაზერული წყაროს მწარმოებელი Cymer-იც იყიდა, 1,95 მილიარდ ევროდ. დღეს EUV-მანქანებს მსოფლიოში მხოლოდ ASML აწყობს. 2025 წელს მისმა გაყიდვებმა 32,7 მილიარდი ევრო შეადგინა, წმინდა მოგებამ 9,6 მილიარდი და წლის განმავლობაში 48 EUV-სისტემა გაიყიდა. 2026 წლისთვის კომპანია 43–45 მილიარდი ევროს გაყიდვებს ელოდება და 25 სექტემბერს მისი საბაზრო ღირებულება დაახლოებით 666 მილიარდი დოლარი იყო, ევროპაში ყველაზე მაღალი.

ვინ ყიდულობს და ვინ ვერა

როცა მსოფლიოს ყველაზე თანამედროვე ჩიპები ერთ კამპუსზეა დამოკიდებული, ეს უკვე პოლიტიკაა. ჩინეთს EUV-მანქანა არასდროს მიუღია, რადგან ლიცენზია არასოდეს გაცემულა. 2023 წლის სექტემბრიდან ნიდერლანდები ლიცენზიას მოითხოვს ყველაზე თანამედროვე DUV-მანქანებზეც, 2024 წელს სია გაფართოვდა, 2025 წლის აპრილიდან საზომი და საინსპექციო აპარატურაც დაემატა, 2025 წლის ნოემბერში კი ეს კონტროლი ევროკავშირის სიაშიც შევიდა. აშშ-ში 2026 წლის აპრილში წარადგინეს კანონპროექტი, რომელიც ჩინეთისთვის ყველა იმერსიული DUV-მანქანის გაყიდვასა და მომსახურებას აკრძალავდა; ის ჯერ კანონი არ არის.

მეორე მხარე უქმად არ ზის. 2023 წელს ASML-მა თავად განაცხადა, რომ ჩინეთში მისმა ყოფილმა თანამშრომელმა ტექნიკური მონაცემები მიითვისა. 2025 წლის დეკემბერში Reuters-მა დაწერა, რომ შენჟენის დახურულ ლაბორატორიაში ASML-ის ყოფილმა ინჟინრებმა, ნაწილმა ყალბი სახელებით, EUV-ის პროტოტიპი ააწყვეს: ის ექსტრემალურ ულტრაიისფერ სინათლეს გამოსცემს, მაგრამ ჩიპი ჯერ ვერ დაუბეჭდავს, Zeiss-ის დონის ოპტიკა არ აქვს და მიზნად 2028 წელია დასახული, რეალურად კი, წყაროების თქმით, 2030. ASML-ის პასუხი ერთი ფრაზა იყო: ამ ტექნოლოგიის გამეორება „ადვილი საქმე არ არის“.

რა გველის

ASML-ის გეგმაში სამი რამ არის. ლაზერული წყარო 1 000 ვატამდე, რომელიც საათში 330-ზე მეტ ფირფიტას მისცემს, 2030 წლამდე. High-NA-ის სრული წარმადობა და მუშაობის დროის 90 პროცენტი, 2026 წლის ბოლომდე. და Hyper-NA, 0,75 რიცხვითი აპერტურით, რამდენიმე ნანომეტრიანი ხაზებისთვის, „2030 წლის ახლოს“, ჯერ მხოლოდ კვლევის სტადიაზე. ყოველი ნაბიჯი უფრო ძვირია და უფრო ნელი, ვიდრე წინა, და ყოველი მათგანი ერთსა და იმავე ქალაქზე გადის.

თუ ამას ტელეფონზე კითხულობთ, ის ჩიპი, რომელიც ტექსტს გაჩვენებთ, დიდი ალბათობით ველდჰოვენში აწყობილი მანქანის სინათლით არის დახატული. ველდჰოვენში კი ამაზე თითქმის არავინ ლაპარაკობს.