Принятие в 2022 году американского закона «О чипах и науке» привело к жёстким ограничениям со стороны США на поставку передовых полупроводников в Китай, а также оборудования и материалов для их производства. Разумеется, эти меры распространились не только на американские компании, но и на все предприятия стран «западного мира», включая Японию и так называемых «азиатских тигров».
Это привело к тому, что китайские компании начали в рекордных количествах закупать фотолитографические машины (ключевое оборудование в производстве микрочипов) у мирового лидера по этой части, голландской ASML. Китайцы понимали, что в любой момент могут быть введены ещё более серьёзные ограничения (так впоследствии и случилось) и закупались, что называется, по полной программе. Счёт шёл на сотни литографических машин в год, что стало абсолютным рекордом для этой отрасли.
Поначалу китайские заказчики такого оборудования особых изменений даже не почувствовали, поскольку ограничения коснулись только оборудования, предназначенного для производства самых передовых микрочипов по техпроцессам 16 нанометров и тоньше. На практике это означало запрет на приобретение только новейших EUV машин (экстремальный ультрафиолет), а такие машины были запрещены к продаже в Китай изначально: в Китае их как не было, так и нет. А вот менее современные DUV литографы (глубокий ультрафиолет) продолжали поступать в Китай без ограничений, поскольку зрелые техпроцессы под американский запрет не попадали.
Наряду с самыми простыми «сухими» фотолитографами в Китай продолжали поступать и современные иммерсионные DUV машины, в которых используется очищенная вода в качестве дополнительной линзы. Американцы всполошились только в 2023 году, когда вышла флагманская модель смартфона Huawei: Mate 60 Pro, оборудованного процессором Kirin 9000S, произведённого ведущим китайским производителем микросхем SMIC по 7 нм техпроцессу. Американцы сообразили, что наиболее вероятный способ, к которому прибегли китайцы, это использование иммерсионных фотолитографов.
И хотя такое оборудование стандартно не предназначено для работы по столь тонким техпроцессам как 7 нм, подобный результат можно получить путём многократного экспонирования. В этом случае чертёж микросхемы распределяется на несколько менее плотных чертежей, изготавливается соответствующее количество фотомасок с этими чертежами. После чего чертежи с фотомасок один за другим экспонируются на полупроводниковую пластину, получая в итоге искомый микрочип. Поскольку до китайцев никто в мире в многократном экспонировании так далеко не заходил, американцы изначально не предполагали, что это возможно. После того как пошли разговоры, что освоить производство ещё более передовых 5 нм чипов также не является проблемой, американцы потребовали от Голландии отозвать лицензию на поставку иммерсионных фотолитографов TWINSCAN NXT:2000i, 2050i и 2100i. Что голландцы, разумеется, и сделали.
TWINSCAN NXT:2000i: передовой иммерсионный DUV литограф (глубокий ультрафиолет, лазерный источник света ArF, длина волны 193 нм). Катадиоптрический объектив с числовой апертурой (NA) 1,35. Предназначен для массового производства чипов (логических и DRAM памяти) на полупроводниковых пластинах диаметром 300 мм на узлах разрешением ≤ 38 нм. Производительность: ≥ 275 пластин в час.
TWINSCAN NXT:2050i в целом предлагает те же характеристики, что и 2000i, однако обеспечивает повышенную производительность: 295 пластин в час за счёт использования более мощного и точного двигателя столика для пластин. К тому же станок оснащён новым иммерсионным колпаком, снижающим потери воды, что существенно уменьшает уровень дефектности. Таким образом выход годной продукции увеличивается, производительность повышается, а накладные расходы снижаются.
Что касается самой передовой модели TWINSCAN NXT:2100i, то она является преемником 2050i. Главная «фишка» — новый манипулятор искажения линз. Современные чипы — многослойны. Чтобы чип работал корректно, слои должны быть выровнены с точностью до нанометра. Эта процедура называется «оптимизацией наложения» и помимо манипулятора включат целый комплекс аппаратных и программных решений.
Иммерсионная литография проецирует свет через слой воды между линзой и полупроводниковой пластиной. Это позволяет печатать более мелкие элементы при той же длине волны света. Слой воды способствует увеличению числовой апертуры.
Числовая апертура (NA, numerical aperture): мера того, сколько света способна собрать и сфокусировать оптика системы. Чем больше NA (за счёт использования более точной и крупногабаритной оптики), тем меньше размер элементов, которые она может напечатать.
В катадиоптрическомобъективе отражение и преломление объединены в единую оптическую систему. При этом используются как изгнутые зеркала (катоптрика), так и линзы (диоптрика).
Но перед США встал вопрос: что делать с тем немалым количеством иммерсионных литографов, которые в Китай уже поставлены? Тут американцы сделали «ход конём»: после их настоятельной просьбы Голландия собралась не продлевать на следующий год лицензии для ASML на техобслуживание уже поставленных иммерсионных литографов. Собственно в этом нет ничего неожиданного: так уже давно поступили собственно американские производители передового производственного оборудования для полупроводниковых фабрик, такие как Lam Research и Applied Materials.
Казалось бы, проблема невелика: само оборудование у Китая уже никто назад не заберёт. Но нет: без надлежащего техобслуживания и поставки фирменных запчастей оборудование может выйти из строя достаточно быстро. А оборудование это настолько сложное, что обслужить его по всем правилам, а тем более поставить оригинальные запчасти, способны только специалисты самой ASML.
Как китайские предприятия будут справляться с этой проблемой, если Голландия действительно запретит техобслуживание поставленной техники, пока неясно. Понятно, что это не затронет поставки и обслуживание оборудования, предназначенного для производства более зрелых микросхем. Собственно, это то, чего американцы и добиваются: оставить Китаю производство массовых микросхем по технологиям 10-15 летней давности, а производство самых технологичных чипов оставить за собой и зависимыми от США странами. В текущем году закупки Китаем западного производственного оборудования, пусть не самого передового, продолжаются. Причём объёмы по-прежнему рекордны: они превышают совокупный объём закупок Южной Кореи, Тайваня и США. Так что если Китай хочет нарушить американские планы, передовое оборудование ему придётся разработать самому.
Из китайского опыта мы в России тоже можем извлечь пользу. Чтобы не получилось, что пока западные санкции в отношении нашей микроэлектроники всеобъемлющи, мы своё оборудование для полупроводниковой промышленности разрабатываем сами, а стоит им ослабнуть — снова возникнет соблазн закупать его за границей. К сожалению, в современном мире есть технологии, которые нельзя купить. Их можно только «взять в аренду», полагаясь на добрую волю продавца, который может не постесняться выключить рубильник в самый неподходящий момент. Так что современную микроэлектронику нам придётся при любом развитии событий построить самим.