Mašīnas iekšpusē, kas izglāba Mūra likumu

Nīderlandes uzņēmums ASML iztērēja 9 miljardus dolāru un 17 gadus, izstrādājot veidu, kā turpināt ražot blīvākas datoru mikroshēmas.

ASML nākamās paaudzes EUV mašīnas augšējais modulis tika izgatavots no 17 tonnu smaga alumīnija gabala. Kristofers Peins

autors

• Klaivs Tompsons arhīva lapa

2021. gada 27. oktobris

Patriks Velans ieskatās sava tīrās telpas zaķa uzvalka priekšējā plāksnē, lai redzētu, kā viss notiek.

Viņa priekšā ir mirdzošs stikla gabals, apmēram tostera cepeškrāsns izmērā, kas ir izgrebts ar tik daudzām izgrieztām daļām, lai samazinātu tā svaru, ka tas izskatās pēc sveša totēma. Velana komanda to pielīmē pie liela, kafijas galdiņa izmēra alumīnija gabala. Gan metāls, gan stikls ir baismīgi gludi, nedēļām ilgi pulēti, lai novērstu nelielas nepilnības. Nākamo 24 stundu laikā, līmei sacietējot, darbinieki neirotiski uzraudzīs stikla un metāla stāvokli, lai pārliecinātos, ka tie saplūst kopā.

Tie tiks novietoti kopā ar mikronu precizitāti, Vilans man stāsta, žestu virzienā uz aparātu.

Tuvumā esošais tehniķis uztraucas, ka ir pārāk tuvu, un kliedz: Atpakaļ!

Es nepieskaros! Es nepieskaros! Velans smejoties saka.

Precizitāte šeit ir nopietns bizness. Es esmu Viltonā, Konektikutas štatā, Nīderlandes uzņēmuma ASML tīrā telpā, kas ražo pasaulē vismodernāko litogrāfijas iekārtu — šis ir būtisks process, ko izmanto, lai izveidotu tranzistorus, vadus un citas būtiskas mikroshēmu sastāvdaļas. Tā ir iekārojama ierīce, kuras modeļi maksā pat 180 miljonus ASV dolāru, un tā tiek izmantota, lai ar ātrā klipā izveidotu tik sīkas mikroshēmas funkcijas, kuru izmērs ir 13 nanometri. Šis precizitātes līmenis ir ļoti svarīgs, ja esat Intel vai TSMC un vēlaties ražot pasaulē ātrākos jaunākos datoru procesorus. Galīgā iekārta, kas samontēta ASML galvenajā mītnē Nīderlandē, ir neliela autobusa lielumā un piepildīta ar 100 000 sīkiem, saskaņotiem mehānismiem, tostarp sistēmu, kas ģenerē noteiktu augstas enerģijas ultravioletās gaismas viļņa garumu, izkausējot alvas pilienus ar spridzināšanas ierīci. lāzers 50 000 reižu sekundē. Lai vienu nosūtītu klientam, ir vajadzīgas četras 747.

Tā ir ļoti sarežģīta tehnoloģija — sarežģītības ziņā tā, iespējams, ietilpst Manhetenas projekta kategorijā, saka Sems Sivakumars, Intel litogrāfijas direktors.

Šeit, Viltonā, stikla un metāla modulis, ko Whelan un viņa komanda būvē, ir īpaši svarīgs. Tajā būs raksti, kas nepieciešami mikroshēmas izveidošanai, un tas svilinās uz priekšu un atpakaļ, kamēr iekārta to izstaro ar ārkārtēju ultravioleto (EUV) gaismu, izgaismojot dažādas mikroshēmas raksta daļas. Pēc tam gaisma atgriezīsies līdz pusdienu šķīvja izmēra silīcija plāksnītei, sadedzinājot zīmējumu vietā.

Velans pieiet pie videomonitora, kurā redzams, ka viens no šiem stikla un metāla izstrādājumiem rāvējslēdzējas uz priekšu un atpakaļ, kamēr tiek pārbaudīts. Tas sver 30 kilogramus, bet kustas izplūduši.

Tas paātrinās ātrāk nekā kaujas lidmašīna, saka Vilans, viņa cieši apgriezto bārdu un brilles aizsedz viņa aprīkojums. Ja kaut kas ir vaļīgs, tas izlidos. Vēl vairāk, viņš saka, aparātam ir jāapstājas nanometra lielumā — tātad viena no ātrākajām lietām uz zemes nosēžas gandrīz mazākajā vietā.

Šī stikla skava (melns taisnstūris, augšējais centrs) tiek izmantota, lai turētu maskas, kas satur skaidu rakstus, kas jāpārnes uz vafeles.

KRISTOFERS PEINS

Tuvāks skats uz stikla skavu, ko izmanto masku turēšanai.

KRISTOFERS PEINS

Šī ātruma un precizitātes kombinācija ir atslēga, lai ievērotu Mūra likumu — novērojums, ka mikroshēmā ievietoto tranzistoru skaits divkāršojas ik pēc diviem gadiem, jo ​​komponenti kļūst arvien mazāki, padarot mikroshēmas lētākas un jaudīgākas. Jo ciešāk jūs iesaiņojat tranzistorus, jo ātrāk elektriskie signāli var apvilkties ap mikroshēmu. Kopš 60. gadiem mikroshēmu ražotāji ir samazinājuši komponentus, ik pēc desmit gadiem pārslēdzoties uz jaunu gaismas veidu ar mazāku viļņa garumu. Taču 90. gadu beigās ražotāji bija iestrēguši pie 193 nanometru gaismas, un viņi dedzīgi apsprieda, ko darīt tālāk. Situācija kļuva arvien briesmīgāka. Mikroshēmu ražotājiem bija jāizmanto arvien sarežģītāki dizaini un paņēmieni, lai saglabātu Mūra likumu, taču viņiem izdevās sasniegt vēl divus gadu desmitus, palielinot veiktspēju.

Pēc tam 2017. gadā ASML atklāja savu ražošanai gatavu EUV iekārtu, kas izmanto gaismu ar viļņa garumu tikai 13,5 nanometri. Ar tik īsu viļņa garumu mikroshēmu ražotāji varētu iesaiņot tranzistorus blīvāk nekā jebkad agrāk. CPU var ātrāk sagraut skaitļus, izmantot mazāk enerģijas vai vienkārši kļūt mazāki. Pirmās paaudzes mikroshēmas ar mazām EUV funkcijām jau darbojas lielos uzņēmumos, piemēram, Google un Amazon, uzlabojot valodu tulkošanu, meklētājprogrammas rezultātus, fotoattēlu atpazīšanu un pat AI, kas, tāpat kā GPT-3, runā un raksta ar šausminošu cilvēku. kvalitāti. EUV revolūcija sasniedz arī ikdienas patērētājus, jo ASML iekārtas tiek izmantotas, lai izgatavotu mikroshēmas produktiem, tostarp dažiem Apple viedtālruņiem un Mac datoriem, AMD procesoriem un Samsung Note10+ tālrunim. Tā kā EUV mašīnas kļūst arvien izplatītākas, tas uzlabos veiktspēju un samazinās enerģijas patēriņu arvien biežāk lietojamām ierīcēm. EUV tehnoloģija nodrošina arī vienkāršākus dizainus, kas ļauj mikroshēmu ražotājiem pārvietoties ātrāk un saražot vairāk mikroshēmu uz vienu plāksni, tādējādi ietaupot izmaksas, ko var nodot patērētājiem.

EUV litogrāfijas panākumi nebūt nebija garantēti. Ar gaismu ir tik velnišķīgi grūti manipulēt, ka eksperti gadiem ilgi prognozēja, ka ASML to nekad neuzzinās. Faktiski ASML konkurenti Canon un Nikon pirms gadiem atteicās no mēģinājumiem. Tātad ASML tagad ir tirgus stūris: ja vēlaties izveidot vismodernākos procesorus, jums ir nepieciešama kāda no tā iekārtām. ASML gadā ražo tikai 55 no tiem, un tie strauji pārdod nozares mikroshēmu gigantiem; pašlaik ir uzstādīti vairāk nekā 100.

Mūra likums būtībā sabrūk, un bez šīs iekārtas tas vairs nav, saka Veins Lems, CCS Insight pētniecības direktors. Bez EUV nav iespējams izveidot nevienu progresīvu procesoru.

Ļoti reti vienam uzņēmumam ir monopols attiecībā uz tik svarīgu mikročipu ražošanas daļu. Vēl pārsteidzošāks ir milzīgais darbs: ASML bija nepieciešami 9 miljardi ASV dolāru pētniecībai un izstrādei un 17 gadu ilga izpēte, nepārtraukts eksperimentu, pielāgošanas un sasniegumu piedzīvojums. EUV tagad ir šeit — tas darbojas. Taču pūles un laiks, kas bija vajadzīgs, lai tas notiktu, un tā novēlotā ienākšana uz skatuves, rada dažus neizbēgamus jautājumus. Cik ilgi EUV spēs ievērot Mūra likumu? Un kas notiks tālāk?

ASML izmanto šo oranžo robotu, ko uzbūvējis KUKA Robotics, lai pārvietotu smagus EUV mašīnu gabalus pa tīrās telpas grīdu.

KRISTOFERS PEINS

Kad Joss Benšops 1997. gadā pievienojās ASML, viņš bija beidzis ilgu laiku ar Phillips un nokļuva smack dab mikroshēmu nozarē, kas noraizējies par savu nākotni. Vairāku gadu desmitu inženieri mikroshēmu ražošanā bija apguvuši litogrāfijas mākslu. Koncepcija ir vienkārša. Jūs noformējat mikroshēmas sastāvdaļas — tās vadus un pusvadītājus — un pēc tam iegravējat tās masku sērijā, līdzīgi kā veidojat trafaretu, lai uzliktu rakstu T-kreklam. Pēc tam katru masku novietojiet virs silīcija plāksnītes un izstaro gaismu cauri (aptuveni līdzvērtīgi krāsas izsmidzināšanai virs trafareta). Gaisma sacietē pretestu, ķīmisko slāni uz vafeles virsmas; tad citas ķīmiskas vielas iegravē šo rakstu silīcijā. 60. gados mikroshēmu ražotāji šim procesam izmantoja redzamo gaismu, kuras viļņa garums bija 400 nanometri. Pēc tam tie pārgāja uz ultravioleto gaismu pie 248 nm un pakāpeniski samazināja to līdz 193 nm, ko bieži sauc par dziļo UV. Katrs slēdzis viņiem iegādājās Mūra likuma pagarinājumu uz vairākiem gadiem.

Taču 90. gadu beigās viņi bija fokusējuši dziļo UV starojumu pēc iespējas šauri, un viņi nebija pārliecināti, kā to samazināt. Likās, ka vajadzīgs jauns gaismas avots. ASML tajā laikā bija neliels uzņēmums ar 300 cilvēkiem, kas veiksmīgi pārdeva savus dziļās UV litogrāfijas instrumentus. Bet, lai paliktu aktuāli, viņi saprata, ka viņiem ir jāveic nopietna pētniecība un attīstība.

Benšops — gara auguma, stūrains vadītājs ar pārpilnīgu, bet niķīgs manieri — tika pieņemts darbā kā pirmais pētniecības darbinieks. Viņš sāka apmeklēt lielas konferences, kas notika divas reizes gadā, kur dziļi domātāji no lielākajām mikroshēmu firmām un valsts aģentūrām glāstīja zodu un strīdējās par to, kādu gaismas veidu izmantot tālāk.

Kāds būtu nākamais bērns blokā? tā teica Benšops, kad pagājušajā vasarā runājām vietnē Zoom. Eksperti pārdomāja vairākas iespējas, no kurām visām bija milzīgas problēmas. Viena no idejām bija izmantot jonu aerosolu, lai uz mikroshēmām uzzīmētu rakstus; tas darbotos, taču neviens nevarēja izdomāt, kā to ātri izdarīt lielā mērogā. Tas pats attiecās uz elektronu staru izšaušanu. Daži iestājās par rentgenstaru izmantošanu, kam ir mazs viļņa garums, taču viņiem bija savas problēmas. Galīgā ideja bija ārkārtējs ultravioletais starojums ar viļņa garumu, kas var sasniegt 13,5 nanometrus — diezgan tuvu rentgena stariem. Izskatījās labi.

Problēma bija tā, ka EUV būs nepieciešama pilnīgi jauna litogrāfijas mašīna. Esošās izmantoja tradicionālās stikla lēcas, lai fokusētu gaismu uz vafeles. Bet EUV gaismu absorbē stikls; tas apstājas miris. Ja vēlaties to fokusēt, jums ir jāizstrādā izliekti spoguļi, piemēram, tie, ko izmanto kosmosa teleskopos. Vēl ļaunāk, EUV pat absorbē gaiss, tāpēc jums ir jāpadara ierīces iekšpuse par perfekti noslēgtu vakuumu. Un jums ir uzticami jāģenerē EUV gaisma; neviens nebija pārliecināts, kā to izdarīt.

Intel bija izdomājis šo ideju, tāpat kā ASV Enerģētikas departaments. Bet tie galvenokārt bija laboratorijas eksperimenti. Lai izveidotu dzīvotspējīgu šķeldu izgatavošanas litogrāfijas iekārtu, jums ir jāizstrādā uzticamas metodes, kas varētu darboties ātri un ražot mikroshēmas vairumā.

Pēc trīs gadu pārdomām 2000. gadā ASML nolēma uzspēlēt uzņēmumu un mēģināt apgūt EUV. Viņi bija niecīgs uzņēmums, bet, ja viņiem būtu izdevies to panākt, viņi kļūtu par milzi.

Bija tik daudz inženiertehnisku problēmu, kas jāatrisina, kā atceras Benšops, mums pašiem nebija impulsa to darīt. Tāpēc ASML vadītāji sāka piezvanīt uzņēmumiem, kas bija izgatavojuši komponentus savām esošajām mašīnām. Viens zvans tika veikts Vācijas optikas uzņēmumam Zeiss, kas gadiem ilgi ražoja stikla lēcas ASML.

Zeiss inženieriem bija pieredze darbā ar EUV, tostarp īpaši precīzu rentgenteleskopu lēcu un spoguļu izgatavošanā. Triks bija pārklāt EUV spoguļu virsmu ar mainīgiem silīcija un molibdēna slāņiem, katrs tikai dažus nanometrus biezs. Kopā tie rada zīmējumu, kas atstaro pat 70% no EUV gaismas, kas tajā nonāk.

Problēma bija tajā, kā tās noslīpēt. Mašīnai būtu nepieciešami 11 spoguļi, lai EUV gaisma atsistu apkārt un fokusētu to uz mikroshēmu, gluži kā 11 galda tenisa spēlētājiem, kuri bumbiņu lec no vienas uz otru pret mērķi. Tā kā mērķis bija iegravēt mikroshēmas komponentus, kas mērīti nanometros, katram spogulim bija jābūt prātīgi gludam. Visniecīgākais trūkums novirzītu EUV fotonus maldos.

PA kreisi: šī pulētā optika ir daļa no enerģijas sensora, kas palīdz kontrolēt gaismas intensitāti litogrāfijas iekārtās. LABĀJĀ: Sīkāka pulēšanas ierīces apskate. Šeit redzamie stikla gabali ir iestatīti leņķos, lai sasniegtu pareizo slīpumu.

Šīs pulēšanas vienības tiek izmantotas, lai izlīdzinātu komponentus, kas nonāk ASML EUV mašīnā.

Dažas optikas, piemēram, augšējā kreisajā pusē, ir mehāniski pulētas. Komponents var pavadīt vairākas nedēļas daudzpakāpju pulēšanas procesā, tehniķiem pārbaudot gludumu līdz nanometru precizitātei.

KRISTOFERS PEINS

Lai sniegtu mēroga sajūtu, ja paņemtu vannasistabas spoguli un uzspridzinātu to līdz Vācijas izmēram, tajā būtu aptuveni piecus metrus augsti izciļņi. Uzspridzināts līdz tādam pašam izmēram, gludākajam EUV spogulim, ko Zeiss inženieri līdz šim bija radījuši — kosmosa teleskopiem —, būtu tikai divus centimetrus augsti izciļņi. Šiem ASML spoguļiem vajadzētu būt daudzkārt gludākiem: ja tie būtu Vācijas izmēra, to lielākās nepilnības varētu būt mazākas par milimetru. Tie patiešām ir visprecīzākie spoguļi pasaulē, saka Peter Kürz, kurš ir atbildīgs par nākamās paaudzes EUV optikas izstrādi Zeiss.

Liela daļa Zeisa darba būtu spoguļu pārbaude, lai meklētu nepilnības, un pēc tam izmantotu jonu staru, lai notriektu atsevišķas molekulas, pakāpeniski izlīdzinot virsmu vairāku mēnešu un mēnešu laikā.

Kamēr Zeiss izstrādāja spoguļus, Benschop un citi ASML piegādātāji strādāja pie sava cita lielā izaicinājuma: kā izveidot gaismas avotu, kas radītu vienmērīgu EUV plūsmu.

Tas viņus vajātu gadiem ilgi.

Lai radītu EUV, jums ir jāizveido plazma, smalka matērijas fāze, kas pastāv tikai ārkārtīgi augstā temperatūrā. Pēc agrīniem eksperimentiem, kuros litijs tika sadalīts ar lāzera impulsiem, lai iegūtu EUV gaismu, viņi pārgāja uz alvu, kas radīja lielākus uzliesmojumus.

Saistīts stāsts

Mēs neesam gatavi Mūra likuma beigām

Tas ir veicinājis labklājību pēdējo 50 gadu laikā. Bet beigas tagad ir redzamas.

Līdz 2000. gadu sākumam, sadarbojoties ar Sandjego firmu Cymer un Vācijas lāzeru firmu Trumpf, ASML bija izveidojis kaut ko līdzīgu Rube Goldberg. Ir apsildāms trauks, kas uztur alvu šķidrā stāvoklī. Tas ieplūst sprauslā, kas izšauj izkausētas alvas pilienu — trešdaļu no cilvēka mata diametra, saka Denijs Brauns, uzņēmuma Austrālijā dzimušais tehniskās attīstības viceprezidents, — iekārtas apakšējā daļā, kameru sistēmas izseko. tās progresu. Kad tas sasniedz gaismas ražošanas kameras centru, lāzera impulss ietriec alvas pilienu. Uzliesmojumā, kas sasniedz aptuveni 500 000 K temperatūru, alva rada plazmu, kas spīd ar EUV gaismu. Mehānisms atkārto šo procesu, izšaujot un iznīcinot alvas pilienus 50 000 reižu sekundē.

Teiksim tā, tas nav vienkārši, Brauns saka sausi.

Lai gan tagad viņi varēja radīt EUV gaismu, Brauns un viņa komanda ātri atklāja jaunas problēmas. Joni no alvas sprādzieniem aizsprostotu optiku. Lai iztīrītu lietas, viņi saprata, ka viņi varētu sūknēt ūdeņradi gaismas kamerā, kur tas reaģētu ar alvas joniem un palīdzētu tos noņemt.

Taču viņi strauji atpalika no grafika. Sākotnēji Benschop bija paredzējis, ka līdz 2006. gadam viņiem būs EUV mašīnas. Patiesībā līdz tam gadam viņi bija saražojuši tikai divus prototipus. Prototipi darbojās, iegravējot rakstus smalkāk nekā jebkura litogrāfijas iekārta vēsturē. Bet viņi bija sāpīgi lēni. Gaismas avots joprojām bija pārāk niecīgs. Litogrāfijā katram fotonam ir nozīme; jo biezākus jūs varat tos ģenerēt, jo ātrāk varat novietot zīmējumu uz silīcija.

Tikmēr mašīna pieauga līdz neticami sarežģītiem izmēriem. Tajā bija robotu rokas, kas kustināja vafeles, motorus, kas paātrina tīklojumu — lielo stikla gabalu, kas satur zīmējumu — līdz 32 reizēm pārsniedzot Zemes gravitāciju, un pilnībā 100 000 detaļu, 3000 kabeļu, 40 000 skrūvju un divus kilometrus garas šļūtenes. Vēl ļaunāk, viss bija savstarpēji saistīts: iedarbiniet vienu daļu, un tas radītu problēmu kaut kur citur. Piemēram, izrādījās, ka siltums no EUV gaismas mikroskopiski mainīja spoguļu izmērus. Tas piespieda Zeiss un ASML izstrādāt sensorus, kas noteiktu jebkādas izmaiņas, iedarbinot programmatūru, kas mainītu spoguļu pozīcijas, izmantojot precīzus izpildmehānismus.

Izlabojot vienu problēmu, mēs pārgājām pie nākamās, saka Benšops. Katrā kalnā, kurā uzkāpāt, jūs redzējāt nākamo kalnu, kas bija vēl augstāks.

Daudzi novērotāji mikroshēmu nozarē, vērojot, kā ASML atkal un atkal atpaliek no grafika, saprata, ka viņiem tas neizdosies.

Šie turbomolekulārie sūkņi noņem gaisu un citas gāzes, lai radītu vakuumu EUV iekārtas iekšienē, kas ir ļoti svarīgi, jo EUV gaismu absorbē gaiss. Sūkņi griežas pie 30 000 apgr./min un pa vienam izsit atsevišķas gāzes molekulas.

KRISTOFERS PEINS

Deviņdesmit pieci procenti gudrās naudas domāja, ka EUV nekad nevarētu darboties, saka C.J. Muse, Evercore pusvadītāju nozares analītiķis.

Kamēr ASML aizrāvās ar EUV, viņi un pārējā nozares pārstāvji veica arvien sarežģītākus trikus, lai pēc iespējas palielinātu dziļas UV gaismas veiktspēju, lai mikroshēmās ievietotu vairāk tranzistoru. Viens paņēmiens, ko sauc par iegremdēšanu, ietvēra ūdens slāņa uzlikšanu virs mikroshēmas, kas lauza ienākošo gaismu un ļāva tai fokusēt stingrāk.

Litogrāfijas inženieri arī izstrādāja paņēmienu, kā vairākas reizes noformēt un nogriezt šķembu slānī — to sauc par daudzkārtēju rakstīšanu —, lai iegūtu smalkākas detaļas. Kopā šīs pieejas samazināja mikroshēmas komponentus līdz 20 nanometriem.

Taču šīs dīvainās inovācijas arī padarīja mikroshēmu izgatavošanu daudz sarežģītāku. Iegremdēšanai bija nepieciešams pārvaldīt ūdens klātbūtni smalkajā litogrāfijas procesā, un tas nav viegls uzdevums. Un mikroshēmu dizaineriem bija apgrūtinoši mainīt savus dizainus, lai tie darbotos ar vairākiem rakstiem. Deep UV beidzās, un visi to zināja.

Tomēr 2010. gadu vidū sāka šķist, ka EUV beidzot varētu nākt palīgā. Brauns un viņa komanda bija iedziļinājušies zinātniskajā literatūrā, meklējot veidus, kā iegūt vairāk no katra alvas piliena. Kā bijušais universitātes pētnieks, kurš studējis plazmas fiziku, ASML viņš bija pazīstams ar mērķtiecīgu zinātnisku jautājumu izvirzīšanu; CTO viņam jokojot iedeva plāksnīti, uz kuras bija uzraksts Zinātniski precīzs, bet praktiski bezjēdzīgs.

Šoreiz gan mērcēšanās zinātniskajā literatūrā atmaksājās. Tas ierosināja koncepciju divreiz trāpīt ar lāzeru katru alvas pilienu. Pirmais sprādziens saplacinātu pilieniņu pankūkas formā, kas ļāva otrajam sprādzienam — pēc sekundes miljondaļām — radīt daudz vairāk EUV. Brauna komanda ir izstrādājusi veidu, kā to izdarīt plašā mērogā.

Citi atklājumi radās laimīgas nejaušības dēļ. Uzlabojoties to spējai sadedzināt alvu, process radīja vairāk gružu, nekā ūdeņradis spēja iztīrīt. Spoguļa veiktspēja bija pazemojoša. Tad kādu dienu viņi pamanīja kaut ko smieklīgu: spoguļi tik ātri nesabojājās pēc mašīnas atvēršanas apkopei. Kā izrādījās, skābeklis gaisā, kas iekļuva, palīdzēja novērst piesārņojumu. ASML dizainā laiku pa laikam pievienoja nelielu skābekļa daudzumu.

Līdz 2017. gada vidum uzņēmumam beidzot bija darba demonstrācija, kas iegravēja mikroshēmas nozarei draudzīgā tempā — 125 vafeles stundā. Brauns no sava biroja Sandjego skatījās demonstrāciju Nīderlandē. Viņš bija pacilāts; viņš bija pārģērbies havajiešu kreklā, sludinot, ka beidzot varēs doties atvaļinājumā.

Šī lieta bija līdzīga zzzt zzzt zzzt zzzt , viņš atgādina, atdarinot ātrumu, kad tīklojums rāvējslēdzējs griežas apkārt un robotizētā roka slīd jaunā plāksnē apmēram ik pēc 30 sekundēm. Tas bija pēdējais domino, kas principā teica: 'Jā, EUV litogrāfija notiks.'

Tajā gadā ASML beidzot sāka piegādāt iekārtas, kas radīs revolūciju mikroshēmu ražošanā. Tiklīdz tirgus saprata, ka ASML ir monopols uz modernākajiem rīkiem, tā krājumi sāka strauji pieaugt, sasniedzot 549 USD un uzņēmuma tirgus ierobežojumu padarot gandrīz tikpat lielu kā Intel.

Ja esat tāds dzinējspēks kā es, mašīna ir patiešām brīnišķīga — inženierijas brīnums. Kad es apmeklēju Viltonu, viņi piegāja pie manis, lai apskatītu masīvu frēzēta alumīnija bloku, kas veido ierīces augšējo daļu. Tas ir astoņas pēdas garš, sešas pēdas plats un divas pēdas biezs. Mirdzošs kā kosmosa kuģa šasija, tas notur stikla tīklojumu, kā arī uz tā ir uzstādīti milzīgi, mucas formas molekulārie sūkņi. Katrā sūknī ir sīki asmeņi, kas griežas ar ātrumu 30 000 apgr./min, izsūcot visas gāzes no iekārtas, lai radītu vakuumu. Viņi faktiski pa vienai izsit no ceļa gāzes molekulas, man teica Velans.

Varētu apgalvot, ka ASML galvenais panākums nav bijis tik daudz iekārtu izgatavošanā, cik to mērīšanā. Kad es novilku savu zaķa uzvalku, es apmeklēju mašīnu darbnīcu, kur tika grebti milzīgi stikla gabaliņi tīklam. Pēc katra stikla gabala frēzēšanas tas tiek novietots uz mašīnām, kas to pakāpeniski nogludina simtiem stundu vairāku nedēļu laikā. Kā man stāstīja mašīnu darbnīcas vadītājs Gvido Kapolino, viņi visu laiku mēra stiklu, lai redzētu, cik daudz nepilnību tiek noņemtas, sākot ar rupjiem mikroniem. Viņš norādīja uz pulēšanas mašīnu aiz mums, kur stikla gabali lēnām griezās virs mitrā pulēšanas maisījuma.

Šī galda eksperimentālā iekārta ASML Sandjego rūpnīcā tiek izmantota, lai pārbaudītu pilienu ģeneratoru komplektus, kas ir daļa no EUV iekārtas gaismas avota.

Spoguļi litogrāfijas iekārtas iekšpusē var uzkrāt alvas gružus no EUV gaismas avota. Pēc tam, kad spoguļi ir notīrīti un pulēti, šo iekārtu izmanto to pārbaudei.

KRISTOFERS PEINS

Viņš teica, ka šeit mainīgums ir angstrēms un nanometri. Stikla izmantošana tīklenē ir ļoti svarīga; tas karstuma ietekmē nedeformējas tik daudz kā metāls. Bet to ir velnišķīgi grūti izgrebt — vēl viena problēma, kas inženieriem bija lēnām jāatrisina.

ASML panākumi ar EUV ir iemantojuši uzņēmuma dziļu cieņu visā mikroshēmu nozarē. Kriss Maks, četras desmitgades mikroshēmu litogrāfijas veterāns, pašlaik ir Fractilia, kas ražo programmatūru mikroshēmu izgatavošanai, galvenais tehnoloģiju speciālists. Viņš saka, ka iemesls, kāpēc ASML un tā partneri guva panākumus, un citi nekad neuzdrošinājās mēģināt, ir milzīga, neatlaidīga neatlaidība.

Viņi nomizo sīpolu, viņš man teica. Viņi iet, Ak, tagad man ir nākamais slānis. Un tad viņi velk šo slāni. Un tad neviens īsti nezina, vai tas ir sapuvis kodolā, vai tas būs labi. Viņi tikai turpina to nolobīt. Un gods, viņi vienkārši nekad nepadevās.

Tagad viņiem ir iespēja turpināt izstrādāt mazākus un mazākus komponentus , lielākie uzņēmumi, piemēram, Intel un TSMC un Samsung, var izveidot arvien ātrākas un vairāk enerģijas taupošas mikroshēmas.

Mūsu dizaineri var atviegloti nopūsties, saka Intel Sems Sivakumar. Mūra likums ir dzīvs.

Tā kā arvien vairāk EUV iekārtu nonāk tiešsaistē un to izmaksas amortizējas, tehnoloģija tiks izmantota arvien lielākam ikdienas ierīču skaitam. Viena vieta, kas negūs labumu no EUV revolūcijas — vismaz īstermiņā — ir Ķīna.

EUV gaismas avots atrodas testa nodalījumā ASML tīrajā telpā.

Uztraucoties par to, ka Ķīna rada tehnoloģiskus draudus, gan Trampa, gan Baidena administrācijas veiksmīgi izdarīja spiedienu uz Nīderlandi, lai tā neļautu ASML pārdot EUV iekārtas tur esošajiem klientiem.

Vai Ķīna var vienkārši izveidot savas EUV ierīces? Dažiem nozares novērotājiem ir aizdomas, ka tā nevar. ASML panākumi ar EUV prasīja milzīgu sadarbību ar uzņēmumiem, kas atrodas visur, sākot no Vācijas un ASV līdz Japānai (kas padara ķīmiskās vielas ļoti svarīgas litogrāfiskajām maskām). Džordžtaunas Universitātes Drošības un jauno tehnoloģiju centra analītiķis Vils Hants uzskata, ka Ķīnai, kas ir salīdzinoši izolēta, ir maz izredžu. Viņš saka, ka tas nevar īsti novērst šo plaisu.

Citi novērotāji norāda, ka Ķīnas spēja iegādāties EUV mašīnas vienkārši aizkavēsies. Parasti Ķīnas mikroshēmu ražotāji strādā ar pēdējās paaudzes rīkiem, kas ir soli atpaliek no tā, ko izmanto TSMC Taivānā, Samsung Korejā vai Intel ASV, saka C.J. Muse. Tātad, kad ASML pirmās paaudzes EUV mašīnas kļūs nedaudz vecākas — pēc dažiem gadiem — un nozare pāriet uz jaunākiem modeļiem, Ķīnai varētu atļaut tos iegādāties.

Un patiesībā ASML jau strādā pie uzlabotas ierīces versijas. Tas spēs fokusēt EUV gaismu vēl asākā pakāpē, pateicoties tā sauktajai lielākajai skaitliskās diafragmas atvērumam, ļaujot tam iegravēt komponentus, kas varētu būt mazāki par 10 nanometriem. Šai augstas NA EUV mašīnai būs lielāki spoguļi, tāpēc arī visai iekārtai ir jābūt lielākai. Intel pašlaik ir pirmais klients vienai no šīm nākamās paaudzes mašīnām, un tā plāno pārdot pirmās ar tām izgatavotās mikroshēmas līdz 2025. gadam.

ASML un lielākā daļa novērotāju uzskata, ka EUV palīdzēs mikroshēmām progresēt vismaz līdz 2030. gadam un, iespējams, ilgāk. Galu galā dažiem trikiem, ko mikroshēmu dizaineri izstrādājuši, lai tik ilgi uzturētu dziļo UV starojumu, vajadzētu būt atkārtojamiem ar EUV.

Taču kādā brīdī tuvākās desmitgades laikā mikroshēmu nozares vēlme samazināt funkcijas sāks saskarties ar dažiem fiziskiem ierobežojumiem, kas ir vēl grūtāki par tiem, ko viņi pašlaik ir pārvarējuši. Pirmkārt, sāk parādīties kvantu problēmas. Patiešām, viņiem jau ir: mikroshēmu ražotājiem, kas izmanto ASML EUV iekārtas, ir jācīnās ar stohastiskām kļūdām — EUV gaismas stari dabiski maldās, veidojot nepareizus mikroshēmu modeļus. Tās vēl nav apturošas problēmas, taču tās arvien vairāk saraucēs uzacis, jo mazākie mikroshēmu ražotāji sāks strādāt.

Pieņemot, ka augsts NA saglabā Mūra likumu līdz 2030. gadam, kas tad pārņems? Nozares eksperti uzskata, ka ASML turpinās pētīt ierīces ar vēl lielāku skaitlisko diafragmu, ļaujot tām koncentrēties uz EUV uz mazākiem un mazākiem punktiem. Tajā pašā laikā mikroshēmu dizaineri meklē stratēģijas, kā uzlabot mikroshēmas, kas nav tik atkarīgas no turpmākas miniaturizācijas, piemēram, paplašinot arhitektūru uz augšu un ieviešot trešo dimensiju, sakraujot mikroshēmu slāņus. Par to, kāda litogrāfijas tehnoloģija varētu nākt pēc EUV, vēl neviens nezina. Intel Sivakumar nedomātu; Maks sacīja, ka ārpus augsta līmeņa EUV nekas cits netiek intensīvi izstrādāts.

Viltonas tīrajā telpā Velans man ielūkojās viņu augstajā NA EUV mašīnā. Viņš uzritināja milzīgas garāžas stila durvis un ieveda mani masīvā jaunā tīrā telpā futbola laukuma lielumā. Stūrī atradās spīdīga alumīnija tīklveida gulta. Tas bija tāpat kā tas, ko biju redzējis oriģinālajai EUV mašīnai, taču tas vairs nevarēja ērti ietilpt dzīvojamā istabā; tas bija gandrīz tikpat liels kā metro vagons un pilnībā svēra 17 tonnas. Viņiem bija jāuzstāda celtņi jumtā, lai to pārvietotu.

Tātad, Vilans sacīja, ka tā būs mašīna, kas palīdzēs mums turpināt virzīt Mūra likumu nākotnē.

Labojums: šī raksta iepriekšējā versijā bija norādīts, ka ir instalētas vairāk nekā 1000 EUV iekārtu. Patiesībā tas ir vairāk nekā 100.

Klaivs Tompsons ir zinātnes un tehnoloģiju žurnālists, kas dzīvo Ņujorkā un autors Kodētāji: jaunas cilts radīšana un pasaules pārtaisīšana.