Chip War: The Fight for the World's Most Critical Technology - Chris Miller

отражали свет, который мог попасть обратно в лазер и создать помехи в работе системы; для предотвращения этого требовалась специальная оптика. Для создания "окон", через которые лазер выходил из камеры, потребовались промышленные алмазы, и компании пришлось совместно с партнерами по сайту разрабатывать новые сверхчистые алмазы. Компании Trumpf потребовалось десятилетие, чтобы справиться с этими задачами и создать лазеры достаточной мощности и надежности. Для каждого из них потребовалось ровно 457 329 комплектующих.

После того как Саймер и Трумпф нашли способ абразивной обработки олова, чтобы оно излучало достаточное количество EUV-лучей, следующим шагом стало создание зеркал, собирающих свет и направляющих его на кремниевый чип. Немецкая компания Zeiss, создающая самые передовые оптические системы в мире, еще со времен Perkin Elmer и GCA создавала зеркала и линзы для систем литографии. Однако разница между оптикой, использовавшейся ранее, и оптикой, необходимой для EUV, была примерно такой же, как разница между лампочкой Лэтропа и системой взрывной обработки капель олова Саймера.

Основная проблема, с которой столкнулась компания Zeiss, заключалась в том, что EUV трудно отразить. Длина волны EUV 13,5 нм ближе к рентгеновским лучам, чем к видимому свету, и, как и в случае с рентгеновскими лучами, многие материалы поглощают EUV, а не отражают его. Компания Zeiss начала разработку зеркал из ста чередующихся слоев молибдена и кремния, каждый из которых имеет толщину в пару нанометров. Исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора в своей работе, опубликованной в 1998 году, определили, что это оптимальное зеркало для EUV, но создать такое зеркало с наноразмерной точностью оказалось практически невозможно. В итоге компания Zeiss создала зеркала, которые представляли собой самые гладкие объекты из когда-либо созданных, с практически незаметными примесями. По словам компании, если бы зеркала в системе EUV были масштабированы до размеров Германии, то их самые большие неровности составляли бы десятые доли миллиметра. Чтобы направить EUV-излучение с высокой точностью, зеркала необходимо держать совершенно неподвижно, что требует настолько точной механики и датчиков, что, по словам Zeiss, их можно использовать для наведения лазера, чтобы попасть в мяч для гольфа на таком расстоянии, как Луна.

Для Фритса ван Хаутса, возглавившего в 2013 г. подразделение EUV компании ASML, наиболее важным фактором в создании системы EUV-литографии является не отдельный компонент, а умение компании управлять цепочкой поставок. ASML создала эту сеть деловых отношений " , как машину", - пояснил ван Хаутс, - создав тонко настроенную систему из нескольких тысяч компаний, способных удовлетворить самые строгие требования ASML. По его словам, ASML сама производит только 15% компонентов EUV-инструмента, а остальные покупает у других компаний. Это позволило ей получить доступ к самым высокотехнологичным товарам в мире, но при этом потребовало постоянного контроля.

У компании не было другого выбора, кроме как положиться на одного поставщика ключевых компонентов системы EUV. Чтобы справиться с этой проблемой, ASML изучила поставщиков, чтобы понять риски. ASML поощряла некоторых поставщиков инвестициями, например 1 млрд. долл., который она выплатила Zeiss в 2016 году для финансирования НИОКР этой компании. Однако ко всем поставщикам компания предъявляет строгие требования. "Если вы не будете вести себя хорошо, мы вас купим", - заявил одному из поставщиков генеральный директор ASML Питер Веннинк. Это была не шутка: В итоге ASML купила нескольких поставщиков, включая Cymer, придя к выводу, что сможет лучше управлять ими самостоятельно.

В результате получилась машина с сотнями тысяч компонентов, на разработку которой ушли десятки миллиардов долларов и несколько десятилетий. Чудо заключается не только в том, что EUV-литография работает, но и в том, что она достаточно надежна для рентабельного производства микросхем. Исключительная надежность была крайне важна для любого компонента, помещаемого в систему EUV. Компания ASML поставила задачу, чтобы каждый компонент в среднем проработал не менее тридцати тысяч часов - около четырех лет, прежде чем потребуется ремонт. На практике ремонт потребуется чаще, поскольку не все детали ломаются в одно и то же время. Стоимость EUV-машин превышает 100 млн. долл., поэтому каждый час простоя одной из них обходится чипмейкерам в тысячи долларов.

Инструменты EUV работают отчасти потому, что работает их программное обеспечение. Например, компания ASML использует алгоритмы предиктивного обслуживания, чтобы определить, когда необходимо заменить компоненты, прежде чем они сломаются. Она также использует программное обеспечение для процесса, называемого вычислительной литографией, для более точной печати рисунков. Непредсказуемость реакции световых волн с химическими веществами фоторезиста на атомарном уровне создала для EUV новые проблемы, которые практически не существовали в литографии с большими длинами волн. Чтобы скорректировать аномалии в преломлении света, инструменты ASML проецируют свет в виде узора, отличающегося от того, который производители микросхем хотят запечатлеть на чипе. Для печати буквы "X" необходимо использовать шаблон совсем другой формы, но в итоге при попадании световых волн на кремниевую пластину получается буква "X".

Конечный продукт - чипы - работает так надежно потому, что состоит всего из одного компонента: блока кремния, покрытого другими металлами. В микросхеме нет движущихся частей, если не считать электронов, порхающих внутри. Однако для производства современных полупроводников используется самое сложное оборудование из когда-либо созданных. EUV-литография компании ASML - самый дорогой серийный станок в истории, настолько сложный, что его невозможно использовать без длительного обучения персонала ASML, который находится на объекте в течение всего срока службы станка. На каждом EUV-сканере имеется логотип ASML. Но главная заслуга ASML, по признанию компании, заключается в том, что она смогла организовать разветвленную сеть специалистов по оптике, разработчиков программного обеспечения, лазерных компаний и многих других, чьи возможности были необходимы для воплощения мечты о EUV в реальность.

Легко сетовать на вывод производства за рубеж, как это делал Энди Гроув в последние годы своей жизни. То, что голландская компания ASML коммерциализировала технологию, разработанную в американских национальных лабораториях и в значительной степени финансируемую Intel, несомненно, возмутило бы американских экономических националистов, если бы они были знакомы с историей литографии или технологии EUV. Однако EUV-инструменты ASML на самом деле не были голландскими, хотя и собирались в основном в Нидерландах. Важнейшие компоненты были получены от калифорнийской компании Cymer, немецких компаний Zeiss и Trumpf. И даже эти немецкие фирмы опирались на сайт, на котором размещались критически важные элементы оборудования американского производства. Дело в том, что вместо того, чтобы одна страна могла с гордостью заявить о своем праве собственности на эти чудо-инструменты, они являются продуктом многих стран. У инструмента, состоящего из сотен тысяч деталей, много отцов.

"Будет ли это работать?" спрашивал Энди Гроув у Джона Каррутерса, прежде чем инвестировать свои первые