Машина стоимостью 400 миллионов долларов, обеспечивающая будущее производства чипов

Но такое монопольное положение вызывает беспокойство у некоторых людей и правительств. Сферу производства микросхем по существу контролируют только два крупных игрока: ASML, которая производит литографические машины, и TSMC, гигант по производству микросхем на Тайване, который использует машины ASML для производства подавляющего большинства всех микрочипов. Эта дуополия настолько сильна, что имеет геополитические последствия. Стремясь помешать Китаю разрабатывать передовой искусственный интеллект, правительство США оказало давление на правительство Нидерландов, чтобы оно ввело эмбарго в 2019 году: ASML не разрешается продавать высокопроизводительные машины какой-либо китайской фирме. С геополитической точки зрения «чипсы — это новая нефть», — говорит Марк Хиджинк, автор книги «Чипсы — это новая нефть». Фокус: Путь ASML. Лишение их может быть столь же катастрофическим, как и лишение нефти. Можно сказать, что в этой метафоре ASML — это Ормузский пролив.

Джеймс Прауд, соучредитель и генеральный директор литографического стартапа Substrate, говорит, что ситуация не идеальна. США «опасно зависят» от цепочки поставок, которая находится за рубежом и становится все более дорогой, сообщает Substrate на своем веб-сайте. «Существует огромная концентрация небольшого числа игроков», — говорит Прауд. «А цепочка поставок очень дорогая».

Именно поэтому, после двух десятилетий доминирования ASML, потенциальные конкуренты теперь охотятся за его территорию. Китай жадно вкладывает миллиарды в попытки воспроизвести технологию ASML. И такие стартапы, как Substrate, тоже пытаются включиться в игру, нацелившись на создание литографических машин, которые дешевле, меньше и даже более функциональны, чем гиганты ASML. Удастся ли кому-нибудь из них добиться успеха? Ближайшее будущее явно принадлежит ASML, но, как хорошо знают его инженеры, с помощью правильной игры света можно свергнуть гиганта.

Производство чипсов, как ни странно, немного похоже на шелкографию футболки. Чтобы напечатать рисунок на кремниевой пластине, вы начинаете с рисунка на сетке — маске, на которой нанесен рисунок. Если направить свет на сетку, этот рисунок будет перенесен на пластину. Свет взаимодействует со слоем химикатов на пластине, фиксируя рисунок на месте.

Размер функций чипа частично определяется длиной волны света, который использует машина: чем меньше длина волны, тем тоньше схему, которую вы можете создать. Вы можете несколько расширить возможности длины волны; увеличение так называемой числовой апертуры, что обычно означает замену линзы большего размера, может дополнительно сфокусировать свет и, таким образом, сформировать шаблоны для все более мелких компонентов. Однако в конце концов этот трюк достигает своего предела, и вам нужно найти новую форму света с меньшей длиной волны.

Таким образом, история производства чипов оказалась танцем в два шага. Промышленность находит хороший источник света, в конечном итоге увеличивает числовую апертуру, а затем, наконец, соглашается с необходимостью использования меньшей длины волны, начиная двухэтапный процесс заново. До начала 1990-х годов производители микросхем использовали видимый свет с длиной волны около 400 нанометров. К середине 90-х годов они перешли на глубокий ультрафиолет, в конечном итоге сократив длину волны до 193 нанометров. К концу 90-х годов они увидели, что приближается конец линии глубокого ультрафиолета. Но что будет дальше?

Все варианты были хлопотными. Они могли перейти на рентгеновские лучи с длиной волны всего в один нанометр, но их было чертовски трудно сфокусировать. Пучки электронов и ионов были одинаково точными; но они работали как матричные принтеры, передавая рисунок по точкам, что было слишком медленно. (Производству микросхем нужна машина, способная производить сотни пластин в час.)

«Это очень инженерно-техническая компания: Давайте пошлем тысячи инженеров и попросим их решить эти проблемы. Они так и сделали, и это сработало».

Джефф Кох, аналитик SemiAnalysis

Примерно в 2001 году ASML, тогда еще меньший игрок в мире литографии, сделал ставку на другой вариант: EUV, с длиной волны, едва доходящей до рентгеновского диапазона. Nikon и Canon тоже работали над этим, но отказались от участия, а ASML продолжал работать. Идея была полна неизвестных. Никто не знал, как надежно генерировать такой свет и как его фокусировать; EUV поглощается обычными стеклянными линзами. Он даже поглощается воздухом. В ASML подсчитали, что на то, чтобы преодолеть этот кошмар исследований и разработок, потребуется полных шесть лет.