Из-за конфликта в Иране и последовавшей за ним блокадой Ормузского пролива мировой экономике приходится несладко. Обычно мы связываем это с возникшим дефицитом нефти и сжиженного природного газа (СПГ), и соответствующим ростом цен. Конечно, столь энергоёмкая отрасль, как полупроводниковая промышленность, от этих потрясений в стороне также не осталась. В конце концов современная полупроводниковая фабрика работает круглосуточно и потребляет электроэнергию как целый город.
Но в случае с полупроводниками есть кое-что поважнее, чем стоимость электричества: это гелий. Этот инертный газ является ключевым материалом полупроводникового производства. И в случае серьёзного дефицита заменить его попросту нечем. А этот самый дефицит сейчас как раз и возник, да ещё какой: около трети всего мирового производства. Именно столько до начала конфликта производила катарская компания QuatarEnergy, а точнее принадлежащий ей завод в Рас-Лаффане. Гелий является побочным продуктом в производстве сжиженного газа. Аккурат по этому заводу в начале марта Иран нанёс серию ударов в качестве ответного шага на американскую агрессию. В результате завод работать перестал, а QuatarEnergy объявила форс-мажор по ряду заключённых контрактов.
Почему же гелий столь важен для микроэлектроники? Благодаря своим уникальным свойствам, в особенности высокой теплопроводности и химической инертности. Отсюда использование гелия для отвода тепла от кремниевых пластин. Следует отметить, что ряд производственных этапов проходят при высоких температурах, например травление и осаждение. И если вовремя не отводить тепло, пластины могут деформироваться с соответствующими последствиями для качества микрочипов. Гелий при этом подаётся непрерывно и в больших количествах.
Фотолитография: формирование узора микросхемы на поверхности полупроводниковой пластины (трафарета для последующей процедуры травления) при помощи светочувствительного материала (фоторезиста).
Травление: удаление слоя микросхемы (полное или частичное) на участках, не защищённых трафаретом фоторезиста.
Ионная имплантация: внедрение атомов легирующих примесей в кристаллическую решётку полупроводникового материала.
Осаждение: нанесение тонких слоёв материала на полупроводниковую пластину.
Гелий также используется в качестве газа-носителя реактивных газов. К примеру, в процессах химического осаждения из газовой фазы и атомно-слоевого осаждения. Гелий доставляет эти газы к поверхности обрабатываемой пластины, а сам при этом в реакцию с материалами не вступает. В процедурах ионной имплантации гелий также задействован, а именно для охлаждения сверхпроводящих магнитов. Такие магниты используют жидкий гелий для поддержания необходимых им экстремально низких температур.
Надо сказать, что процедуры травления, осаждения и ионной имплантации — ключевые в полупроводниковом производстве. И получается, что везде необходим гелий. А что же «королева» полупроводниковой промышленности, фотолитография? В фотолитографах гелий также вовсю используется. Во-первых, для продувки рабочих камер, в том числе EUV фотолитографов, для удаления кислорода, влаги и прочих «загрязнений». Ну а во-вторых, для предотвращения утечек. Ведь гелий имеет самый малый атомарный размер среди всех инертных газов, что делает его идеальном инструментом тестирования герметичности вакуумных систем.
Крупнейшими производителя гелия в мире помимо QuatarEnergy являются американская ExxonMobil и наш «Газпром». Ведущие мировые производители микросхем, тайваньские и южнокорейские предприятия, традиционно ориентировались именно на гелий катарского происхождения. В этом регионе катарский гелий закрывал до двух третей потребности местной полупроводниковой промышленности.
Американский гелий идёт прежде всего на удовлетворение потребностей американских же полупроводниковых фабрик. Япония также традиционно ориентировалась именно на американский гелий и имеет соответствующие долгосрочные контракты. Так что теперь у тайваньцев и корейцев возникла проблема с большой буквы. Ведь лишнего газа у американцев может и не найтись, во всяком случае в требуемом количестве. Найдут ли в себе тайваньские и южнокорейские компании достаточно мужества, чтобы договориться о поставках гелия из России, тоже большой вопрос. И это при том, что спотовые цены на гелий с начала конфликта практически удвоились.
Разумеется, такие гиганты полупроводниковой промышленности, как тайваньская TSMC и южнокорейская Samsung Electronics, всегда имеют некоторый запас гелия на непредвиденный случай. Однако проходит неделя за неделей, а конца и края конфликту в Персидском заливе не видно. В лучшем положении находится Китай: у него есть возможность заменить выпавшие объёмы катарского гелия поставками из России, во всяком случае до некоторой степени.
А вот что будут делать полупроводниковые «дальневосточные тигры», не говоря уже о европейских «тигрятах», ещё в 2024 году запретивших себе закупать российский гелий, это большой вопрос. Ведь быстро заменить недостающие объёмы этого газа попросту невозможно, тем более невозможно быстро снизить цены на этот ключевой материал до докризисного уровня. Это значит, что мировая микроэлектроника стоит на пороге очередного потрясения.
Статью про поединок между российским ИФМ и японской Rigaku за право стать вторым в истории производителем оптической системы для EUV фотолитографа можно прочитать в премиум-разделе канала «Фотолитограф»: