На фоне глобального дефицита микрочипов все больше людей начали интересоваться тем, как создаются такие вещи, и кто в целом заправляет рынком. Многие из вас уже слышали про Intel, Samsung, UMC и TSMC – именно эти компании являются ведущими на рынке производства полупроводниковых изделий на новейших (и не совсем) техпроцессах. Однако не многие знают, что все эти производители зависят всего от одной небольшой компании из Нидерландов – ASML.
В производстве практически любых чипов есть несколько основных этапов – один из них это литография. Если не вдаваться в технические подробности, то это технология позволяет наносить необходимый рисунок будущей микросхемы на слой фоторезиста при помощи специальных масок и ультрафиолетового света.
В итоге получается своеобразная схема расположения, а при послойном нанесении удается создать 3D-структуры. Конечно, есть еще и такие процессы как травление и осаждение. В целом технология известна достаточно давно.
До 2019 года почти все процессоры производитесь по технологии глубокой ультрафиолетовой литографии DUV. Что нужно знать про этот метод – в нем использовался лазер, который испускал волну длиной 193 нм. Правило достаточно простое – чем меньше длина волны, тем меньше структуры можно получать на чипе.
Как оказалось, DUV был способен создавать элементы не меньше 50 нм. Однако инженеры пошли на хитрость с использованием нескольких масок благодаря чему удалось с помощью глубокой ультрафиолетовой литографии достичь предела в 14 и даже 10 нм. Но что дальше?
Увеличение числа масок могло сделать техпроцесс еще меньше, но в этом случае многократно увеличивался брак, из-за чего производство становилось убыточным. Казалось, что это уже тупик и о продлении закона Мура можно забыть.
Вот тут на сцену и выходит компания ASML, которая и раньше занималась выпуском литографического оборудования. Оказывается, инженеры еще в 2000 году придумали новый способ литографии – EUV или «экстремальной УФ-литографии». Если метод известный, почему же он начал использоваться только недавно – все дело в невероятной сложности. Разработчикам понадобилось почти 20 лет, чтобы довести технологию до ума.
Что изменилось – длину волны того самого лазера удалось уменьшить с 193 нм до 13,5 нм, что собственно и позволило уменьшить техпроцесс уже до 5 нм. Однако волны такой маленькой длины поглощаются практически всеми веществами, и оказывается, что используемые линзы просто не подходят. Специально для этой задачи компания Zeiss создала специальную оптику. Более того, чтобы все это правильно работало, пришлось создать сложнейшую систему зеркал.
Но и этого было недостаточно. Искажения в процесс вносили не только мельчайшие пылинки, но даже воздух! Решение было достаточно простое, но сложно реализуемое – процесс литографии требовалось делать в вакууме.
Другая проблема, которую пришлось решить инженерам – как получить длину волны в 13,5 нм? Обычные лазеры никак не подходили для этой задачи. Решением стал специальный углекислотный лазер мощность в 30 кВт, созданный компаниями Trumpf (Германия) и Cymer (США). Естественно, не приходится говорить, насколько уникальная и специфическая эта разработка.
Решив все эти и многие другие технические сложности получилась машина весом 180 тонн и размером с двухэтажный автобус. Именно она производит кремниевые пластины по техпроцессу 5 нм и используется на крупнейших производствах. И что самое важное, никто в мире больше не способен создать такой аппарат!
Сложно представить, но будущее микроэлектроники зависит от разработок фактически всего одной компании.
