Возможно ли в наши дни свободно приобрести фотолитограф экстремального ультрафиолета (EUV), ключевое оборудование в производстве самых передовых микросхем? К сожалению, нет. Во-первых, единственная в мире компания, способная производить такую технику, это голландская ASML cо штаб-квартирой в городке Вельдховене, расположенном неподалёку от одного из традиционных центров европейской электроники, города Эйндховена. Ну а там, где существует монополия, там всегда сложности.
Начиная с цен. Они в случае с EUV машинами начинаются от 150 млн долларов за одну единицу, так что даже вполне состоятельным компаниям придётся не раз подумать, смогут ли они окупить такое приобретение. Но дело не только, и даже не столько в деньгах. Дело в том, что у истоков создания EUV технологий находились американские государственные лаборатории. Частные американские компании тоже в стороне не стояли. Так что теперь буквально по каждому потенциальному заказчику голландцы вынуждены спрашивать разрешение у американских регуляторов.
Если заказчик, по мнению американцев, «правильный»: например, из Тайваня, Южной Кореи, Японии или самих США, то проблем обычно не возникает. Но для потенциальных заказчиков из стран, на которые американцы наложили ограничения, например из России или Китая, возможность приобрести EUV фотолитографы наглухо закрыта. Причём так было с самого начала появления этой техники (коммерческие поставки начались в 2019 году). Таким образом, ни в Китае, ни в России нет ни одной такой машины.
И это при том, что более «простых» фотолитографов глубокого ультрафиолета (DUV), предназначенных для производства не столь «продвинутых» микросхем, одна ASML в Китай поставила более тысячи. У нас в России тоже работает несколько DUV машин ASML, две из которых — на производственном флагмане отечественной микроэлектронике, зеленоградском «Микроне».
Но даже вполне лояльные американцам заказчики не могут просто прийти в ASML и приобрести EUV машину. Заказы на такую технику забронированы на много лет вперёд крупнейшими мировыми производителями полупроводников. А обладателей EUV литографов в мире всего-то шесть: тайваньская TSMC, южнокорейские Samsung Electronics и SK hynix, американские Intel и Micron, а также недавно присоединившаяся к этой компании японская Rapidus.
TSMC специализируется на производстве логических микросхем. Samsung более универсален: производит широкий ассортимент как логических чипов, так и микросхем памяти. SK hynix специализируется на производстве микросхем памяти, особенно преуспел в ультрапередовой высокоскоростной памяти (HBM). Intel производит логические микросхемы, Micron — микросхемы памяти, Rapidus также начал в этом году свою деятельность с производства логических микросхем.
И всем этим предприятиям требуются всё новые и новые EUV машины, причём в количествах, превышающих текущие возможности самой ASML. Бурный спрос на такую технику связан с всевозрастающим спросом на ультрапередовые микросхемы: графические процессоры искусственного интеллекта, HBM память, «системы на кристалле» современных смартфонов. Эти полупроводниковые устройства производятся по очень «тонким» техпроцессам в несколько нанометров. Столь миниатюрные элементы на кремниевых чипах на сегодняшний день способны «напечатать» в промышленном масштабе только EUV фотолитографы.
Почему так? EUV установка переносит рисунок интегральной схемы с фотошаблона на кремниевую пластину, покрытую фоторезистом (светочувствительным материалом). «Инструментом рисования» в данном случае является свет экстремального ультрафиолета (длина волны 13,5 нм), фокусируемый зеркальной оптической системой. Такая установка позволяет изготавливать чипы по самым современным на сегодняшний день техпроцессам в 5, 4 и 3 нанометра (чем меньше число нанометров, тем больше транзисторов в чипе, и тем он производительнее).
А вот фотолитогрфом глубокого ультрафиолета (DUV) столь «тонкие» узоры не нарисовать. Ведь эти машины работают на источниках излучения с длинами волн 248 и 193 нм. И вместо зеркальной используют линзовую оптическую систему (в ряде случаев смешанную зеркально-линзовую). Такими «толстыми» инструментами микросхемы по очень «тонким» техпроцессам не нарисуешь. Эти машины предназначены для изготовления чипов по техпроцессам, измеряемых в десятках и сотнях нанометров. Вот с тем, чтобы приобрести «со склада» DUV установку, особенно модели попроще, проблем обычно не возникает. Да и стоят такие машины гораздо дешевле «экстремальных»: обычно десятки миллионов долларов.
Казалось бы, если ASML не может удовлетворить существующий спрос на EUV фотолитографы, то почему бы другим компаниям не подключиться к этому процессу? Всё дело в невероятной сложности этой технологии. Никто в мире кроме голландцев больше не смог сделать реально работающую EUV машину. Ближе всех к этому подошли специалисты нынешнего мирового производителя фотолитографов №2, японской Nikon. В 2007 году у них даже работало два прототипа EUV установок. Однако в 2009 году Nikon сошёл с дистанции. Это же сделал и его японский сосед Canon.
Вовсю идёт работа над собственными EUV фотолитографами в России и Китае. Мы опираемся на огромный опыт, накопленный в теоретических и прикладных разработках по этой части ещё с советских времён (во главе процесса Нижегородский ИФМ РАН). Китайцы рассчитывают на грандиозные финансовые вливания состороны государственных «Больших фондов» и мегакомпаний вроде Huawei. Однако на данный момент конкуренцию ASML составить некому. Так что хочешь EUV фотолитограф — добро пожаловать в очередь в приёмной штаб-квартиры голландского конгломерата. А там как получится.
❗ Для знатоков и любителей микроэлектроники, полупроводниковой промышленности и фотолитографии: заходите в премиум-раздел канала «Фотолитограф».