14 C
София

ASML: компанията, която създава машини за производство на процесори

Най-четени

Даниел Десподовhttps://www.kaldata.com/
Ежедневен автор на новини. Увличам се от съвременни технологии, оръжие, информационна безопасност, спорт, наука и концепцията Internet of Things.

Когато купувате процесор за няколкостотин долара, който е произведен чрез 7-нанометров технологичен процес, вземате в ръцете си едно произведение на изкуството. На технологичното изкуство. За да може то да бъде създадено е необходима невероятно дълга верига от изследвания, открития, пробиви, инвестиции и труд. В създаването на този процесор е задействан целия потенциал от технологии и науки, който човечеството е придобило през последните няколко хиляди години. Това е верига от милиони и милиони малки стъпки, без всяка от които би бил невъзможен този краен продукт, който използваме например, за да играем в шестата част на „Цивилизацията“.

Компанията от Нидерландия

Нека да се спрем върху една, но ключова стъпка в цялата тази технологична верига – това е създаването на машина, която създава процесори. На практика това не е само една машина, а цяла литографска система. Но тя е дори още по интересна и сложна за производство от самите компютърни чипове. Тази инсталация се произвежда от една компания, която ако днес по някаква причина изчезне, цифровият прогрес би спрял минимум за 20 години.

Тази компания се намира в самото сърце на $400 милиардната индустрия за производство на чипове, като без нейното оборудване Intel, Samsung и TSMC не биха могли да произвеждат своите процесори. Това е толкова сложна техника, че за една година се произвеждат само няколко десетки машини от подобен тип. Но този наложил се по естествен път монопол малко плаши.

Това е мултинационалната компания ASML от Нидерландия, която разработва и произвежда фотолитографски системи. Това са основните инструменти, образно казано на миньорите, които извършват добив на чипове във фабриките на Intel, Samsung и TSMC. Компанията ASML е изключително уникална. Единствено тя в целия свят може да създава системи, които генерират мощно и стабилно излъчване с дължина на вълната 13,5 нанометра. Този диапазон наричаме свръхтвърдо ултравиолетово излъчване. То е съвсем близо до рентгеновото излъчване.

Колкото е по-малка дължината на вълната, толкова по-малки детайли може да чертае върху силициевите пластини за бъдещите процесори. А колкото са по-малки детайлите, толкова са по-малки размерите на транзисторите и толкова по-голям брой транзистори се събират на един кристал. По този начин чиповете стават по-производителни и по-икономични.

Най-новите системи на ASML от този род струват стотици милиони долари и са жизнено необходими за производителите на чипове, които искат техните процесори да бъдат произвеждани чрез най-новите и най-съвременните технологични процеси. А по принцип всички искат да усъвършенстват своята продукция, да побират колкото се може повече транзистори на подложката, да повишават енергийната ефективност и изчислителната мощност на чиповете.

Голямата надпревара

Производството на процесори е изключително сложно и скъпо. Това производство е многостранно, взискателно е към всякакъв род експертизи и при него се използват технологии от авангарда на съвременната наука. При този процес е необходимо разтопяването на силиций, образуването на монокристали с цилиндрична форма, тяхното нарязване с помощта на специализирана диамантена пила на тънки, равни и полирани силициеви пластини. На тези пластини се въздейства със специална светлина, като по този начин се създават съвсем дребните детайли на бъдещите чипове.

Първата силициева интегрална схема, която получава името чип, е показана през 1959 година от американската компания Texas Instruments. Още тогава фотолитографията изиграва значителна роля в създаването на тази интегрална схема. С помощта на сложна система от оптични лещи и огледала на повърхността на чувствителна към светлината силициева пластина се фокусират лъчи светлина, които преминават през предварително подготвен шаблон и прехвърлят неговата схема върху силициевата пластина. Самата пластина плавно се движи и постепенно шаблонът се прехвърля върху нея.

По това време фотолитографията е доста грубо изкуство. През 1980-те години компаниите, които произвеждат или се опитват да произвеждат фотолитографски машини, са десетки. Сред можем да изброим Canon, Nikon, както и Phillips. Именно тази компания през 1984 година заедно с Advanced Semiconductor Materials започва съвместното производство на машини от този род. Тогава Phillips първа иска да получи съответното оборудване за производство на собствени чипове, а втората започва да произвежда това оборудване. Финансирането е съвместно и бизнесът потръгва.

В годините на основаването на ASML, най-съвременният източник на необходимата светлина за литография е била живачната лампа. Живакът и неговите пари с помощта на силен ток се нагряват до състояние на плазма, която излъчва светлина с различна дължина на вълната. С помощта на специален филтър се отделя необходимата светлина. В ASML тази дължина на вълната е 436 нанометра. С течение на времето тази дължина на вълната с помощта на най-нови технологии непрекъснато намалява, като се извършва преход от живачни лампи към лазери, базирани на смеси от различни газове.

Смесването на криптон и флуор дава светлина с дължина на вълната 248 нанометра, като с течение на времето този тип лазери се усъвършенства и дължината на вълната намалява до 150, а след това до 80 нанометра. Следващото поколение лазерни технологии се базират на аргонов флуорид, който излъчва светлина с дължина на вълната 193 нанометра. Както вече казахме, това е много важно, понеже с намаляването на дължината на вълната става възможно разполагането върху силиция на все повече транзистори със все по-малки размери.

Навярно всички знаят Закона на Мур, според който на всеки две години броят на транзисторите в кристалите за чипове, се удвоява. Всъщност това не е задължителен за изпълнение закон, а само емпирични наблюдения на един от основателите на Intel. Но всъщност този закон дълги години се изпълнява благодарение на усъвършенстването на фотолитографското оборудване.

Свръхтвърдата ултравиолетова светлина

В началото на века ландшафтът на този пазар значително се промени. От по-сериозните конкуренти на ASML останаха само Nikon и Canon, а изискванията на пазара нараснаха. Появиха се цифрови камери, МР3 плеъри, мобилни телефони и компютърната техника все повече започна да прониква в масите. Всичките тези устройства имат нужда от съвременни чипове. За тяхното усъвършенстване ASML реши да се съсредоточи върху EUV технологията, в която се използва свръхтвърдо ултравиолетово излъчване с дължина на вълната 13,5 нанометра.

Тези машини са изключително специални – мощен лазер облъчва поток от около 50 хиляди капки разтопен калай, като образуваната по този начин плазма излъчва светлина с дължина на вълната 13,5 нанометра. Тези капки са с диаметър от едва 25 микрона и се изхвърлят от специализиран генератор със скорост 70 метра в секунда. Компанията-производител подчертава, че точността на изстрела на лазерите по капките калай е все едно с фенерче от Земята да се освети монета от един долар на повърхността на Луната.

На практика всичко започва с несложния лазер, базиран на въглероден диоксид. Само че неговият лъч преминава през пет фази на усилване, всяка от които дава усилване от 10 хиляди пъти. На изхода се получава пикова мощност от няколко мегавата. Тази толкова висока мощност е необходима, понеже мощността на лазера намалява докато достигне капките калай.

След това тези капки се облъчват с друг лазер с по-ниска интензивност. Те придобиват форма подобна на палачинка, след което се включва по-мощен лазер, който изпарява тази палачинка, която се превръща в плазма. Именно в това състояние тя излъчва свръхтвърда ултравиолетова светлина. Това става 50 000 пъти в секунда, за да може излъчването да е достатъчно силно. Получената по този начин светлина с помощта на параболично огледало се събира и се фокусира върху една точка, от която се подава към скенера във вакуумната камера и оттам към силициевата пластина.

Описаният дотук технологичен процес с много години изпреварва това, което по това време се счита стандарт в полупроводниковата индустрия. Но разработването на машина от този род е изключително трудно. Това, което е замислено и е започнало да бъде проектирано в началото на нашето хилядолетие стига до пазара след 16 години.

Един от основните проблеми е, че свръхтвърдото ултравиолетово излъчване не се разпространява във въздуха, който е абсолютно черен за него. Така че още от самото начало е било очевидно, че се налага да се работи във вакуумна камера, в която с помощта на специален шлюз се подава силициевата пластина. Теглото на тази камера във финалния продукт е 7,5 тона.

Освен това, не може да се използва стъкло за фокусиране на свръхтвърдата ултравиолетова светлина. Стъклото също поглъща това излъчване. Ето защо компанията се отказва от използването на оптични лещи и преминава към огледални повърхности с достатъчно висока отразяваща способност за EUV.

След дълги изследвания компанията се спира върху отражател на Браг (Bragg огледала) с коефициент на отразяване 70%, който се произвежда от един от старите партньори на ASML – всеизвестната компания Zeiss. Това огледало има специална слоеста структура от стотици двойки силиций и молибден, които са разположени слой върху слой от няколко нанометра. Те са изключително плоски. Ако едно от тези огледала бъде мащабирано до размерите на Германия, то неговата най-изпъкнала част няма да превиши един милиметър. Производството на подобно огледало е едно отделно и изключително изкуство.

Първият прототип на EUV машина е готов през 2010 година, а масовото производство на тези специализирани съоръжения започва след шест години. Всеки от тези апарати тежи над 180 тона, като в него има 100 хиляди детайли, 3000 кабела, 40 000 болтчета. Неговото сглобяване става за около четири месеца, а за неговата доставка до клиента са необходими няколко полета с Боинг, по време на които се превозват необходимите модули, поставени в 40 товарни контейнера.

Освен това, навсякъде където работят тези системи, трябва да има специалисти на ASML, които ги обслужват, обновяват и ако се налага – ремонтират.

Конкуренция няма

Тези машини са изключителни, но все още не са завладели целия пазар. Не на всеки е необходима най-новата технология и редица производители се задоволяват с по-евтини и по-стари технологии за производство на чипове. От 258-те системи за фотолитография, които ASML е продала и доставила за миналата година, само 31 са със свръхтвърдо ултравиолетово излъчване. Но ASML е уверена, че към 2025 година три четвърти от нейните приходи ще идват именно от EUV инсталациите.

Към днешен ден никой друг не може да създаде подобна машина. В научноизследователския отдел на ASML работят около 5500 специалисти от най-висок клас, за нуждите на които се дават по над 1 милиард евро всяка година. Ако някой иска да се конкурира с ASML, ще му трябва огромен капитал и десетилетия иновации. По принцип, големите производители на полупроводникови продукти не се занимават със създаването на подобна апаратура, а директно инвестират в ASML.

Преди петнайсетина години имаше компания, която осъществи много удачни експерименти с литография, при която се използват лъчи от електрони. Но тя преди няколко години фалира и без закупена именно от ASML. Технологията на тази компания дава възможност за получаването на полупроводникови структури с резолюция под един нанометър. Очевидно това ще бъде бъдещето.

Китай

ASML е страхотна сила, за която не се говори много, но вече се използва в търговската война с Китай. След настояване от страна на САЩ, правителството на Нидерландия забрани на ASML да продава своите EUV машини на Поднебесната. Китайският пазар е най-големият пазар на света за продукция от този род, но претекстът бе, че в EUV апаратите се използват и американски технологии и според наложените санкции, тези машини не могат да се продават на Китай, който от своя страна е готов да даде милиарди за няколко съвременни EUV инсталации.

Това може да забави технологичния процес на Китай, но от друга страна, много неочаквано могат да се появят китайски конкуренти на ASML. Китай възнамерява да инвестира $30 милиарда (според някои източници по $30 милиарда годишно), за да започне да произвежда собствени чипове, без да зависи по какъвто и да било начин от външни чуждестранни компании. Напълно е възможно да успее.

Абонирай се
Извести ме за
11 Коментара
стари
нови оценка
Отзиви
Всички коментари

Нови ревюта

Sony WF-1000XM4 – най-добре звучащите шумопотискащи безжични слушалки

Новите шумопотискащи слушалки от висок клас на Sony бележат голям напредък спрямо предишното поколение на марката, но и спрямо конкуренцията. Това са Sony WF-1000XM4....

Подобни новини