Фотолитограф экстремального ультрафиолета (EUV) — незаменимая на сегодняшний день машина в технологической цепочке производства ультрапередовых микросхем. Удивительно, но такую технику производит только одна комания: нидерландская ASML. Ситуация, прямо скажем, в современном мире нетипичная. Особенно с учётом того, что производство таких машин является делом чрезвычайно выгодным. В конце концов другой такой станок, который стоит полмиллиарда долларов, в мире ещё поискать.
Разумеется, захватывающие перспективы, которые перед полупроводниковой промышленностью открывает EUV фотолитография, были понятны не одной ASML. На стыке веков целый ряд НИОКР-консорциумов конкурировали в этом направлении: американский EUV LLC, европейский EUCLIDES и японские ASET, EUVA и MIRAI.
Когда американцы поняли, что надеяться на появление новых американских производителей фотолитографов взамен сошедших к этому времени со сцены американских GCA и Perkin-Elmer бесполезно, они сделали ставку на сотрудничество с голландцами, которые выглядели куда как более нейтральными по сравнению с японцами, являвшимися в то время завзятыми конкурентами США на мировом рынке электроники. В итоге консорциум EUV LLC лицензировал свою технологию ASML. Японские передовики фотолитографии, Nikon и Canon, получили в своё распоряжение наработки японских исследователей. Так что в начале 2000-х все три претендента ринулись в погоню за главным призом электронного машиностроения: фотолитографом экстремального ультрафиолета.
По состоянию на 2002 год ситуация сложилась следующая: по количеству производимых машин у ASML и Nikon был паритет: по 40% рынка, остальное, в основном, приходилось на продукцию Canon. Самыми передовыми фотолитографами на тот момент были «сухие» установки глубокого ультрафиолета (DUV), работающие на эксимерных источниках излучения 248 и 193 нм. Параллельно с исследованиями в области EUV фотолитографии в это время ударными темапами завершались разработки следующего поколения DUV фотолитографов: иммерсионных, для увеличения разрешения использвавших дополнительную водяную линзу.
Надо сказать, что и по части иммерсионных машин, и по части машин EUV нидерландский передовик выказал большую расторопность, чем японские соперники. Иммерсионный сканер ASML выпустила раньше Nikon, в 2003 году (Canon серийное производство иммерсионных фотолитографов развернуть так и не сумел). Первые прототипы EUV машин у ASML появились уже в 2006 году. Nikon свои EUV прототипы выпустил только в 2007 году. А вот Canon до уровня полноценных прототипов так и не добрался. Хотя в 2006 году Canon смог сделать опытную машину с малым полем экспозиции, однако с полноформатным прототипом, в отличие от ASML и Nikon, так и не справился.
Но и Nikon дальше прототипа продвинуться не сумел. Главной причиной схода Canon и Nikon с EUV-дистанции была недостаточная для обеспечения нормальной работы системы мощность источника излучения. Canon использовал ксеноновый лазерно-плазменный источник, а Nikon с целью повышения мощности перешёл на оловянный разрядно-плазменный. Но ни тот, ни другой так и не смогли обеспечить стабильный уровень EUV излучения (как минимум 115 Вт), который требуется для массового производства микросхем (к примеру, современные фотолитографы ASML работают с EUV излучением мощноcтью порядка 500 Вт).
Следует отметить, что современные машины ASML используют оловянные лазерно-плазменные источники EUV излучения. А вот прототип ASML 2006 года, как и прототип Nikon, был разрядно-плазменный, и тоже в плане выходной мощности оставлял желать лучшего. Поэтому голландцам впоследствии пришлось переключиться на оловянный лазерно-плазменный источник (производства американской Cymer).
В лазерно-плазменном источнике Cymer оловянные капли вбрасываются в рабочую камеру со скоростью 50 тысяч капель в секунду, где они атакуются импульсами мощнейшего углекислотного лазера. Образующаяся плазма генерирует излучение экстремального ультрафиолета.
В разрядно-плазменном источнике EUV излучение генерируется в результате разряда между двумя оловянными электродами (встречаются разные конструкции).
В 2010 году первый предсерийный EUV сканер ASML TWINSCAN NXE:3100 отправляется для отработки техпроцессов в исследовательский центр Samsung Electronics. Nikon и Canon к этому моменту уже совершенно разуверились в своих способностях справиться с непокорной машиной и выбыли из соревнования. Ну а в 2019 году Samsung первым на планете разворачивает массовое производство чипов с момощью EUV фотолитографа: первопроходцем стал мобильный процессор Samsung Exynos 9825. Японцы же, израсходовав многие миллиарды долларов, более желания попробовать свои силы в EUV фотолитографии не выказывали.
Статью про многолетнюю борьбу ASML и Nikon за лидерство в иммерсионных фотолитографах можно прочитать в премиум-разделе канала «Фотолитограф»: