Без участия фотолитографов экстремального ультрафиолета (EUV) в наше время не обходится производство ни одного передового чипа. Если речь идёт о микросхемах, произведённых по 4, 3 или 2 нм техпроцессам, то можно быть совершенно уверенными, что эти машины приняли в их производстве самое деятельное участие. Так что мощные графические процессоры игровых компьютеров, «системы на кристалле» топовых смартфонов и ускорители искусственного интеллекта мегацентров обработки данных обязаны своим появлением именно EUV фотолитографам.
Примечательно, что в мире существует единственная компания, производящая эту технику: нидерландская ASML. Нет никаких сомнений в том, что ASML по-праву заслуживает звание самой технологической компании Европы. И всё же это самая настоящая монополия со всеми вытекающими для потребителей последствиями. Во-первых, ASML поставляет свою продукцию только кому считает нужным, а кому не считает — не поставляет (разумеется, следуя указаниям соответствующих правительственных структур Нидерландов и США). Получается, что полупроводниковые компании из разных стран изначально находятся в неравном положении. Если полупроводниковая фабрика находится в США, Японии, Южной Корее или на Тайване, то проблем в поставках не возникает, а если в Китае или в России, то шансы приобрести EUV фотолитограф у ASML равны нулю.
Но в условиях монополии даже фабрикам из «разрешённых к поставке» стран приходится невесело. И так грандиозные цены на эту технику продолжают расти весьма нескромными темпами. Согласно финансового отчёта ASML за III квартал прошлого года компания продала девять EUV машин за 3,6 млрд долларов. Иными словами, средняя стоимость такой машины составляет не много ни мало 400 млн долларов. А ведь фабрика одной-единственной машиной обойтись никак не может. Ведь чипы — конструкции многослойные. Даже в самых передовых чипах только часть (обычно меньшая) слоёв производится по ультратонким техпроцессам, остальные слои используют техпроцессы потолще и, соответственно, фотолитографы попроще (разные виды DUV машин глубокого ультрафиолета).
Так что EUV фотолитографы встроены в самые разные производственные линии на фабрике наряду с широким ассортиментом других машин. Сколько всего EUV машин требуется современной фабрике? Для примера можно взять новейшую японскую фабрику Rapidus (её первая очередь недавно введена в строй). Когда начиналось её строительство, речь шла о поставках десяти EUV машин (по пять на каждую очередь фабрики). И это при том, что японская фабрика вовсе не является крупнейшей в мире. Можно только представить, сколько EUV машин будет поставлено на строящиеся гигантские производственные комплексы TSMC в американской Аризоне и Samsung Electronics в южнокорейском Ионгине.
В общем, любая фабрика, замахнувшаяся на производства чипов топологией в несколько нанометров, должна изыскать немало миллиардов только на EUV фотолитографы. Возникает вопрос, а нам-то что переживать по этому поводу? Проблема в том, что все эти гигантские расходы производители, как водится, перекладывают на потребителей. Так что причиной очень немаленькой стоимости наших гаджетов не в последнюю очередь является высокая стоимость производственного оборудования.
Кстати, она могла бы быть ещё выше, если бы монополия ASML распространялась и на остальную фотолитографическую технику, прежде всего DUV (глубокий ультрафиолет) фотолитографы, коих на полупроводниковых фабриках большинство. Однако среди производителей таких машин есть конкуренция. Иммерсионные DUV фотолитографы (использующие для улучшения разрешения дополнительную водяную линзу), применяемые при производстве чипов по техпроцессам от 65 до 7 нанометров, помимо ASML производит японский Nikon. А «сухие» DUV фотолитографы, работающие по техпроцессам от 90 нм и выше, уже производят четыре компании: ASML, Nikon, Canon и китайская SMEE. В текущем году «сухую» компанию должен пополнить российский Зеленоградский нанотехнологический центр, совместно с минским заводом «Планар» работающий над созданием первой 130 нм DUV машины.
По стостоянию на прошлый год стоимость даже самых передовых иммерсионных DUV фотолитографах удерживалась в рамках 100 миллионов долларов. Конечно, иммерсионная DUV машина при всей её сложности всё равно проще EUV установок. И всё же наличие конкуренции — сильный сдерживающий фактор в вопросах ценообразования.
Возникает вопрос: возможно ли, чтобы в ближайшие годы на рынке появились EUV фотолитографы, способные составить конкуренцию ASML? Это вряд ли. Единственная компания, которая в принципе на такое способна, это японская Nikon. Ведь в начале 2000-х японскому передовику это почти удалось. Уже были сделаны альфа и бета машины, причём построенные на японской же компонентной базе. Однако в 2009 году Nikon сошёл с дистанции и по сей день никаких намерений вернуться к этой давней истории не выказывает. Хотя казалось бы, и необходимые для оптической системы зеркала местной фирмы Rigaku, и источник излучения японского передовика Gigaphoton никуда не делись и, в общем, ждут своего часа.
Так что японцы могут сделать фотолитограф, но не хотят, а вот китайцы, наоборот, хотят, но не могут. В отсутствие крепкой технологической и компонентной базы китайская история пока ограничивается волнами очередных сенсаций в прессе. В отличие от китайцев, у нас в России и с технологической базой, и с технологиями, как наработанными ещё в советское время, так и в наши времена, всё в порядке. Наш профильный Институт физики микроструктур (Нижний Новгород) существенно продвинулся на пути к заветной машине. Однако пока дело, к сожалению, не пошло дальше дорожных карт и разработки отдельных компонентов (зеркал, защитных плёнок, фильтров). Более того, пока даже нет ясности, какую машину мы в итоге собираемся делать: безмасочную или классическую, работающую с помощью фотошаблонов.
В любом случае, создание такой машины — точно не дело ближайших нескольких лет. Чтобы выйти на суб-10 нм диапазон, по самым оптимистическим оценкам (включая специалистов самого ИФМ), понадобится доброе десятилетие. А значит, ASML ещё много лет будет наслаждаться своим положением мирового монополиста и заоблачными ценами на свою технику.
Какие фотолитографы сейчас работают в России? Читайте статью в премиум-разделе канала «Фотолитограф»: