На сегодняшний день голландская ASML является единственной в мире компанией, производящей такую ультрасовременную технику, как фотолитографы экстремального ультрафиолета (EUV). Именно с помощью этого оборудования «печатаются» самые передовые в мире микрочипы по ультратонким техпроцессам: 12 нанометров и меньше. Так что микросхемы, установленные в наиболее «продвинутых» смартфонах, умных часах, планшетах и графических картах искусственного интеллекта, сейчас однозначно имеют голландские корни.
Означает ли это, что по части фотолитографии голландский технологический гигант впереди планеты всей? И да и нет. «Да» — потому что как не крути, ASML является единственной компанией, которой удалось претворить теорию в практику. Это аргумент с большой буквы в пользу голландцев. С другой стороны, есть и вполне аргументированное «нет»: наука со времени разработки первого EUV фотолитографа ушла далеко вперёд, и многое из того, что 15 лет назад казалось ультрасовременным, сейчас таковым вовсе не является. Однако голландцы оказались заложниками своего успеха: после грандиозных затрат, понесённых ими при разработке своих машин, они хотят как можно дольше на них зарабатывать, ничего существенно не меняя.
К такому подходу у мировых производителей полупроводников возникает всё больше и больше вопросов. Ведь год от года вес, габариты, сложность и стоимость оборудования ASML только возрастают. Последнее достижение нидерландского производителя: EUV установка с выcокой числовой апертурой High-NA Twinscan EXE:5000, — весит 165 тонн, поставляется в 250 ящиках, а для её транспортировки используют три грузовых авиалайнера Boeing 747 Jumbo. Не говоря уже о впечатляющей цене в 380 млн долларов (более раннии модели EUV установок стоили в районе 150 миллионов). Поэтому даже самые преданные заказчики голландского оборудования, такие как тайваньский производственный гигант TSMC, на этот раз вовсе не спешили обзаводиться дорогостоящей новинкой, уступив эту «честь» американской Intel. Более того, руководство тайваньской компании поначалу прямо заявляло, что они и на старых установках неплохо управляются. Хотя недавно, с годовым отставанием от Intel, тайваньцы всё же закупили свою первую High-NA EUV машину.
Так кто же способен бросить вызов богатым голландцам? Прежде всего, это российский Институт физики микроструктур (ИФМ) РАН. Концепция, которую пару лет назад озвучили нижегородские учёные, а сейчас занимаются её практическим воплощением, по-хорошему впечатляет. Она позволяет обойти все основные острые углы, присущие фотолитографам ASML, предложив гораздо более простую и недорогую машину, к тому же имеющую лучшие характеристики по ряду ключевых параметров.
В основе нижегородской технологии, как и в любой полупроводниковой литографии, лежат источник излучения и оптическая система. Ведь задача фотолитографа — спроецировать рисунок интегральной схемы с фотошаблона на полупроводниковую пластину при помощи световых волн, генерируемых источником. ASML использует в своих EUV машинах источники оловянного лазерно-плазменного излучения с длиной волны 13,5 нм. Столь коротковолновый свет легко поглощается как линзами, так и обычным воздухом. Так что для обеспечения нормальной работы установки ASML пришлось разработать высокоточные многослойные Mo/Si (Molybdenum-Silicon) зеркала, способные отражать такое излучение. Работа при этом происходит в вакууме.
ИФМ предложил использовать излучение длиной волны 11,2 нм (лазерно-плазменный источник на основе ксенона). А чем короче длина волны, тем лучше разрешение системы, и тем более миниатюрные чипы становится возможным нарисовать. Более того, уменьшенная длина волны позволяет также уменьшить числовую апертуру объектива системы, то есть использовать зеркала более маленьких размеров. Почему сама ASML не догадалась пойти этим же путём? Всё дело в разработанной ИФМ инновационной технологии нанесения покрытий многослойных зеркал. В отличие от Mo/Si покрытий, используемых в голландских фотолитографах (в начале 2000-х по заказу ASML технология их нанесения была разработана всё теми же нижегородцами), учёные ИФМ РАН используют инновационные Ru/Be (Ruthenium-Beryllium) покрытия для зеркал. Именно такие зеркала способны отражать 11,2 нм свет. Более того, коэффициент отражения российских зеркал составляет 72%, тогда как голландских — около 70%. В фотолитографах это имеет большое значение.
С пресловутой числовой апертурой (мерой собираемого и фокусируемого системой света) цифры тоже в нашу пользу: 0,33 у голландского EUV NXE3600D и 0,27 у будущего российского EUV литографа (разрешение которого должно быть как у голландского = 13 нм). Кроме того, использование ксенона позволит сделать производственный процесс гораздо более чистым по сравнению с оловом. Ведь загрязнение оптической системы оловом — большая проблема в EUV литографах ASML. Ещё пару слов об источнике излучения: в EUV фотолитографии — это сложнейший узел. Из опыта обоих разработчиков таких систем: голландской ASML и японской Nikon (сошла с «EUV дистанции») известно, какими большими трудом и финансами это даётся. Разумеется, и ASML, и Nikon разрабатывали источники не самостоятельно, а при деятельном участии профильных специалистов: немецкой Trumpf и японской Gigaphoton соответственно.
Для того, чтобы создать EUV источник, Trumpf пришлось приобрести американскую компанию Access Laser Co, ведущего специалиста в области CO2 лазеров. Именно такие маломощные лазеры служат источником луча в EUV системах. Они работают совместно с лазерными усилителями Trumpf. Следует отметить, что газоразрядные CO2 лазеры отличаются весьма внушительными габаритами. В итоге источник излучения получается настолько большим, что занимает практически целый этаж литографической машины.
Поскольку граница между диапазонами ультрафиолетового света и рентгеновского излучения чётко не определна, излучение с длиной волны 13,5 и 11,2 нм в России чаще называют рентгеновским (мягким рентгеновским), а в Нидерландах его всё ещё считают ультрафиолетовым (экстремальным ультрафиолетовым). Отсюда определение «рентгеновский литограф» в России и EUV (Extreme ultraviolet) литограф на Западе.
Нижегородские учёные в качестве источника предложили элегантное решение: малогабаритный энергосберегающий твердотельный лазер с диодной накачкой и дисковым усилителем. При этом мощность российского лазера должна быть практически на порядок ниже немецкого. А это означает существенную экономию затрат электроэнергии: её невероятный расход в EUV литографах ASML давно стал притчей во языцех. Экспериментальную модель такого лазера ИФМ РАН уже разработал.
В общем, красота да и только. Разве что производительность российской установки обещает быть заметно ниже голландской. С другой стороны, мы не китайцы, и мировые рекорды по многомиллиардным выпускам микрочипов нам ставить ни к чему. Ожидается, что на первом этапе эта машина сможет выпускать чипы по 28 нм техпроцессам (ориентировочно к 2030 году), а после можно будет переходить и на более «тонкие» 16 и 12 нм. Это откроет путь к выпуску отечественных процессоров для достаточно передовых персональных компьютеров, серверов и ноутбуков.
И это не только слова: ИФМ РАН самостоятельно производит огромное количество компонентов для литографа, таких как фильтры спектральной очистки, многослойные плёнки для защиты фотошаблонов, сами фотошаблоны, многослойные зеркала. На ASML работает весь мир (в начале 2000-х и российские институты тоже), а нижегородским специалистам в основном приходится всё изготавливать самим. При финансовой поддержке государства, разумеется.
Примечательно, что в благородном деле «разбавления» позиций ASML как монопольного производителя EUV фотолитографов, у прогрессивного человечества надежда только на Россию: ни Китай, ни США, ни Япония и близко никаких реальных признаков движения в этом направлении не демонстрируют. Так что вся надежда на 275 сотрудников ИФМ РАН (против 42.000 сотрудников ASML): нужно поднажать.
Свежие комментарии