Кажется, что в наши дни о фотолитографических машинах экстремального ультрафиолета ((EUV) слышали буквально все. И это неудивительно. Ведь именно эти машины позволяют изготавливать самые передовые чипы: «системы на кристалле» наших смартфонов, мощные графические процессоры и микросхемы HBM (высокоскоростной) памяти.
Фотолитографы ЕUV (Extremal Ultraviolet = экстремальный ультрафиолет) используют рабочие световые волны длиной 13,5 нанометров, относящиеся к диапазону экстремального ультрафиолета (10 нм — 120 нм). С помощью этого света рисунок интегральной схемы, предварительно сформированный на зеркальном фотошаблоне, переносится (экспонируется) на полупроводниковую пластину, покрытую светочувствительным материалом — фоторезистом. В результате на пластине формируются трафареты слоёв будущих чипов, в соответствии с которыми осуществляются последующие операции полупроводникового производства: травление, осаждение и т. д.
Мировым монополистом в производстве EUV машин является нидерландский передовик ASML, корни которого уходят к знаменитому лидеру европейской электроники прошлого века, голландскому концерну Philips. Кто является заказчиком этого оборудования? Производители, которые хотят изготавливать микросхемы по техпроцессам от 12-ти до 2-х нанометров, то есть самые высокопроизводительные и энергоэффективные полупроводниковые устройства нашего времени.
Учитывая невероятную стоимость этих машин, измеряемую в сотнях миллионов долларов, таких заказчиков можно буквально пересчитать по пальцам одной руки. Чемпионом здесь является тайваньский гигант TSMC, заслуженно обладающий крупнейшим в мире парком EUV фотолитографов. Многочисленные ультрасовременные фабрики этого конгломерата расположены как на самом Тайване, так и в ряде стран с развитой полупроводниковой промышленностью: Японии, США и Германии (в процессе строительства).
TSMC фокусируется на производстве логических микросхем по заказу сторонних заказчиков: Apple, Nvidia, Qualcomm, Broadcom, AMD, Media Tek. Главным конкурентом TSMC, впрочем, существенно уступающим тайваньскому передовику, является южнокорейский Samsung Electronics. Корейцы также предлагают услуги по контрактному производству логических микросхем. Среди самых известных заказчиков: Qualcomm, Intel и Tesla (автомобильный гигант последнее время активно разрабатывает собственные микросхемы).
Но самое главное — Samsung Electronics является крупнейшим производитеелм компьютерной памяти в мире. И, разумеется, в производстве самых передовых микросхем памяти вовсю использует EUV фотолитографы (хотя, как правило, в логических микросхемах больше слоёв, требующих более совершенных техпроцессов). На втором месте в мировой табели о рангах производителей компьютерной памяти находится также южнокорейский произвоитель, SK Hynix.
Причём в производстве ультрасовременной HBM памяти SK Hynix сумела вырваться на первое место благодаря сотрудничеству с мировым лидером процессоров искусственного интеллекта и по совместительству самой дорогой компанией мира, Nvidia. Ведь чем мощнее процессор, тем более производительная память ему требуется. Так что Nvidia разрабатывает свои ускорители искусственного интеллекта и прочие устройства, TSMC производит на своих мощностях логические микросхемы для этих устройств, а SK Hynix производит соответствующие микросхемы памяти. И за всем этим находится ASML, которая обеспечивает фотолитографами и TSMC, и SK Hynix.
Некогда абсолютный мировой лидер в области производства микросхем, американский Intel, также наращивает свой парк EUV техники. Несколько лет назад американцы открыли завод в Ирландии, укомплектованный EUV фотолитографами. К тому же именно Intel самым первым получил от ASML две ультрапередовые EUV установки с высокой числовой апертурой, которые должны продожить дорогу от эпохи нанометров к эпохе ангстремов. Стоит отметить, что в отличие от той же TSMC, американский гигант преимущественно продолжает работать по старинке: сам свои микросхемы проектирует, производит на собственных фабриках и продаёт под собственной маркой. Классика жанра.
Пятый обладатель EUV техники — американский производитель микросхем памяти, Micron Technology. Когда-то именно Micron продал технологии производства чипов памяти делавшему первые шаги на этой стезе Samsung Eelctronics. С той поры корейский передовик оставил американского конкурента далеко позади. Но как бы там ни было, Micron Technology и в наши дни остаётся одним из лидеров рынка компьютерной памяти.
Есть ли ещё кандидаты на скорое внедрение на своих производствах EUV фотолитографов? На ум никто не приходит. Конечно, есть многочисленные китайские производители микросхем, которые с удовольствием оснастили бы свои производства столь передовой техникой. Однако из-за западных санкций ASML такие машины им не продаст. Более того, даже во времена, когда отношения между США и Китаем не были столь напряжёнными, ни единого EUV фотолитографа ASML китайским компаниям не поставил.
Следует отметить, что даже упомянутые в статье лидеры мирового полупроводникового рынка к внедрению EUV техники подходят очень осторожно. Ведь её цена и стоимость обслуживания столь высоки, что невзирая на высокие производительность и уровень выхода годных чипов, большую часть производственных задач производители стараются решить с помощью менее дорогой техники, например иммерсионных DUV фотолитографов (глубокий ультрафиолет).
Ну а производителям поскромнее остаётся надеяться разве что на разворачивание массового производства наноимпринтных фотолитографов, штампующих рисунки интегральных схем на полупроводниковых пластинах, покрытых фоторезистом, при помощи рельефной формы. По словам руководителя мирового передовика по этой части, япоснкого Canon, цены на эту технику должны быть на порядок меньше, а разрешение производимых чипов сопоставимым с EUV машинами.
Но поскольку пока неизвестно, когда это произойдёт и произойдёт ли вообще, желающим приобщиться к высокоприбыльномк производству ультрапередовых микросхем, пока по-прежнему стоит рассчитывать только на старые добрые (хотя не очень и старые) и очень дорогие EUV фотолитографы.
Премиум-статья про роль Австрии в EUV фотолитографии: