uredi› krajšaj› T:1541 M:1970 Z:11 [×]

Najbolj zapletena naprava na planetu

Moorovemu zakonu se je začelo zatikati – dokler ni majhno nizozemsko podjetje premaknilo meja fizike.

Clive Thompson, Technology Review

Patrick Whelan je skozi vizir svojega kombinezona za čisto sobo preverjal, kaj se dogaja. Pred njim je stal svetlikajoč se kos stekla, velik kot opekač, s toliko izdolbenimi deli zaradi manjše teže, da je spominjal na nenavaden totem. Whelanova ekipa ga je prilepila na velik kos aluminija v velikosti kavne mizice. Tako kovina kot steklo sta bila brezhibno zglajena – polirali so ju tedne dolgo, da so odstranili še tako neznatne nepravilnosti na površini. Ko se je lepilo po 24 urah popolnoma strdilo, so sodelavci obsedeno spremljali stanje stekla in kovine, ker so se želeli prepričati, da se bosta res sprijela.

»Zlepljena bosta na mikrone natančno,« mi je pojasnil Whelan in pokazal na napravo.

Tehnika v njegovi bližini je zaskrbelo, da je stopil preblizu in mu je zaklical: »Umakni se!«

»Saj se ga nisem dotaknil! Nisem se ga dotaknil!« mu je smeje odgovoril Whelan.

Natančnost tu jemljejo smrtno resno. Obiskal sem čisto sobo v Wiltonu v zvezni državi Connecticut, kjer nizozemsko podjetje ASML, v katerem izdelujejo najnaprednejšo napravo za litografijo na svetu – ključni postopek pri proizvodnji tranzistorjev, žic in drugih nujnih sestavnih delov za mikročipe. Gre za iskano napravo in nekateri modeli stanejo kar 180 milijonov dolarjev. Uporablja se za sestavne dele mikročipov, velike komaj 13 nanometrov, in deluje zelo hitro. Natančnost je ključna v družbah, kot sta Intel in TSMC, ki si prizadevata razviti najhitrejše in najzmogljivejše računalniške procesorje. Zadnja naprava, ki so jo sestavili na sedežu ASML na Nizozemskem, je velika kot majhen avtobus in v njej je 100.000 drobnih, usklajenih mehanizmov, vključno s sistemom, ki z izstreljevanjem razpršenih kapljic kositra iz laserja s hitrostjo 50.000-krat na sekundo ustvarja določeno valovno dolžino visoko energijske ultravijolične svetlobe. Naročniku jo morajo poslati s štirimi boeingi 747.

»To je zelo zahtevna tehnologija; kar se tiče zapletenosti, je verjetno v kategoriji projekta Manhattan.«

»To je zelo zahtevna tehnologija; kar se tiče zapletenosti, je verjetno v kategoriji projekta Manhattan,« je povedal Sam Sivakumar, direktor litografije v Intelu.

V Wiltonu je še posebej pomemben modul iz stekla in kovine, ki so ga razvijali Whelan in sodelavci. Služil bo kot nosilec za šablone, potrebne za izdelavo mikročipa, in švigal naprej in nazaj, medtem ko bo naprava streljala s svojo ekstremno ultravijolično svetlobo, pri tem pa osvetljevala različne dele šablone za čipe. Svetloba se bo nato odbila na silicijevo rezino v velikosti krožnika in šablono vžgala na njeno pravo mesto.

Whelan je nato stopil do nadzornega monitorja, na katerem je ena teh priprav iz stekla in kovine med testiranjem švigala naprej in nazaj. Tehtala je 30 kilogramov, delala pa je hitro kot blisk.

»Pospešuje hitreje od bojnega letala,« se je pohvalil Whelan. »Če kaj ne bi bilo dobro pritrjeno, bi se razletela.« Poleg tega se mora aparat ustaviti na mestu v velikosti enega nanometra, »tako da ena najhitrejših stvari na Zemlji sunkovito obstane na mestu, ki je najbrž najmanjše mogoče.«

Kombinacija hitrosti in natančnosti je ključna za dohitevanje Moorovega zakona – ugotovitve, da se število tranzistorjev, stlačenih na mikročip, približno vsaki dve leti poveča za dvakrat. Čim tesneje so nagneteni tranzistorji, tem hitreje električni signali brzijo po čipu. Od 60. let so proizvajalci čipov sestavne dele zmanjševali tako, da so približno vsako desetletje prešli na novo obliko svetlobe z manjšo valovno dolžino, Konec 90. pa so obtičali pri 193-nanometrski svetlobi in vnele so se burne razprave, kako nadaljevati. Razmere so postajale vse resnejše. Proizvajalci so si izmišljali vse bolj zapletene zasnove in tehnike, da bi Moorov zakon še vedno deloval, in uspelo jim je iztisniti še dve desetletji učinkovitejšega delovanja.

Nato je leta 2017 ASML predstavil svojo napravo EUV, pripravljeno za zagon, ki deluje na svetlobo z valovno dolžino komaj 13,5 nanometra. S tako kratko valovno dolžino bi proizvajalci čipov tranzistorje lahko nanizali gosteje kot kadarkoli do zdaj. Centralni procesor lahko hitreje obdeluje številke, porablja manj energije ali je preprosto manjši. Prve generacije čipov z natančnimi funkcijami ekstremne ultravijolične litografije (EUV) že delujejo v velikih podjetjih, kot sta Google in Amazon. Z njo izboljšujejo prevode, rezultate iskalnikov, prepoznavo fotografij in celo umetno inteligenco, ki tako kot generativni predusposobljeni transformator GPT-3 govori in piše srhljivo podobno človeku. Revolucija v EUV že dosega navadne porabnike, saj z napravo ASML izdelujejo čipe tudi za nekatere Applove pametne telefone ter računalnike, procesorje AMD in Samsungov telefon Note10+. Ko bodo naprave EUV bolj razširjene, bodo izboljšale delovanje in zmanjšale porabo elektrike še več vsakdanjih naprav. Ta tehnologija omogoča tudi preprostejše zasnove, tako da proizvajalci čipov lahko ukrepajo hitreje in nanizajo več čipov na silicijevo ploščo, kar pomeni prihranek pri stroških, ki se lahko pozna tudi v uporabnikovi denarnici.

Nizozemsko podjetje ASML, ki je bilo donedavna med manj znanimi, v resnici izhaja iz – Philipsa.

Uspešno delovanje litografije EUV niti slučajno ni bilo vnaprej zagotovljeno. S svetlobo je tako peklensko zahtevno manipulirati, da so strokovnjaki podjetju ASML več let napovedovali neuspeh – tekmeca Canon in Nikon sta poskuse opustila pred leti. Tako ima ASML svoj kotiček na trgu: kdor želi izdelati vrhunske procesorje, potrebuje njegovo napravo. ASML jih izdela le 55 na leto in vse nemudoma pokupijo velikani v panogi. Trenutno jih deluje več kot tisoč.

»Moorov zakon je tako rekoč v zadnjih vzdihljajih in brez te naprave ne bi več veljal,« je poudaril Wayne Lam, direktor raziskav v CCS Insight. »Brez litografije EUV pravzaprav ni mogoče izdelati najučinkovitejših procesorjev.«

Izjemno redko se zgodi, da bi eno samo podjetje imelo monopol nad tako ključno stopnjo v izdelavi mikročipov. Še bolj osupljivo pa je garanje, vloženo v napravo: ASML je v raziskave in razvoj vložil devet milijard dolarjev in 17 let znanstvenega dela, nenehnih raziskav, popravkov in prelomnih prebliskov. EUV je zdaj tukaj in deluje. A vloženi trud in čas – in njegov nedavni prihod na trg – vzbuja nekaj neizogibnih vprašanj. Kako dolgo bo tej vrsti litografije uspelo poganjati Moorov zakon? In kaj se bo zgodilo potem?

Ko se je Jos Benschop leta 1997 pridružil ASML, je bilo za njim dolgo ustvarjalno obdobje pri Philipsu in z vsemi štirimi je pristal v panogi, ki jo je skrbelo za lastno prihodnost. Inženirji v proizvodnji čipov so v dolgih desetletjih obvladali umetnost litografije. Koncept je preprost. Izdelajo sestavine čipa – žice in polprevodnike – ter jih vtisnejo v vrsto »mask«, podobno kot se izdela šablona za vzorec na majico. Nato vsako masko postavijo nad silicijevo ploščo in jo osvetlijo (kar bi okvirno lahko primerjali s pršenjem barve skozi šablono). Svetloba utrdi kemično plast na površju plošče, z drugimi kemikalijami pa šablone vžgejo v silicij. V 60. letih so proizvajalci čipov med tem postopkom uporabljali vidno svetlobo z valovno dolžino tudi komaj 400 nanometrov. Nato so presedlali na ultravijolično svetlobo z dolžino 248 nanometrov in jo postopoma zmanjšali na 193 nanometrov, kar mnogi imenujejo globoka ultravijolična svetloba. Z vsakim stikalom so si kupili več let podaljšanja veljavnosti Moorovega zakona.

A ob koncu 90. let so se posvetili globoki ultravijolični svetlobi in pri tem šli tako daleč, kot so le zmogli. Takrat še niso odkrili zanesljive metode, kako dodatno skrajšati valovno dolžino. Ocenjevali so, da bi potrebovali nov vir svetlobe. Podjetje ASML je takrat imelo le 300 zaposlenih in je uspešno prodajalo svoja orodja za globoko ultravijolično litografijo, a zavedeli so se, da bodo morali zavihati rokave v raziskavah in razvoju, če bodo želeli ostati pomembno ime na trgu.

Steklene leče za ASML izdeluje nemško podjetje Zeiss.

Kot prvi zaposleni na področju raziskav se jim je pridružil Benschop, visok, tršat vodstveni delavec, energičen in z žilico za ironičnost. Začel je obiskovati pomembne konference, ki so jih organizirali dvakrat letno, kjer so se resni misleci iz velikih proizvajalcev čipov in vladnih uradov gladili po bradi ter se prepirali, katero obliko svetlobe bi morali izbrati.

»Katera bo naslednja udarna novost?« se je vprašal Benschop, ko sva se poleti pogovarjala na Zoomu. Strokovnjaki so razmišljali o več možnostih, a pri vseh so opazili tudi velike ovire. Med predlogi je bilo tudi pršenje ionov, s katerim bi na čipe risali šablone. To bi lahko delovalo, nihče pa ni mogel potuhtati, kako to narediti hitro in v velikem obsegu. Enako je veljalo za izstreljevanje žarkov elektronov. Nekateri so zagovarjali rentgenske žarke, ki imajo majhno valovno dolžino, vendar niso brez negativnih plati. Končni predlog je bil potem skrajna ultravijolična svetloba z valovno dolžino, ki jo je mogoče skrajšati na samo 13,5 nanometra, kar je precej blizu rentgenskim žarkom. Kazalo je dobro.

A težava je tičala v tem, da bi za EUV potrebovali popolnoma novo vrsto litografske naprave. Obstoječe so delovale z običajnimi steklenimi lečami za usmerjanje svetlobe na silicijevo rezino, a steklo absorbira svetlobo EUV, na njem se ustavi. Če bi jo želeli usmeriti, bi morali razviti upognjena ogledala, kot jih uporabljajo v vesoljskih teleskopih. Še huje pa je bilo, da EUV absorbira celo zrak, torej bi postopek moral potekati znotraj naprave s popolnim vakuumom. Poleg tega je morala biti svetloba EUV zanesljiva, a nihče ni imel prave rešitve za to oviro.

Intel in ameriško ministrstvo za energetiko sta se poigravalo s to zamislijo, a je večinoma šlo za laboratorijske poskuse. Za delujočo litografsko napravo, ki bi izdelovala čipe, bi morali razviti zanesljive tehnike, ki bi delale hitro in bile zmožne množične proizvodnje čipov.

Po treh letih razmišljanja, leta 2000, je ASML sprejel smelo odločitev, da bo poskušal obvladati EUV. Podjetje je bilo majhno, a če bi mu uspelo, bi postalo velikan na trgu.

Inženirskih težav je bilo toliko, se spominja Benschop, »da nam je zmanjkalo moči za njihovo reševanje«. Vodstvo ASML je zato začelo klicati podjetja, ki so izdelovala sestavne dele za njihove obstoječe naprave. Med njimi je bilo tudi nemško optično podjetje Zeiss, ki je leta izdelovalo steklene leče za ASML.

Številni opazovalci v industriji mikročipov, ki so spremljali, kako je ASML vedno znova zaostal za časovnimi načrti, so napovedovali, da mu ne bo uspelo.

Zeissovi inženirji so imeli izkušnje z litografijo EUV pa tudi z izdelovanjem skrajno natančnih leč in ogledal za rentgenske teleskope. Rešitev je bila, da so ogledala EUV obložili izmenjevaje s plastmi silicija in molibdena, debelimi le po nekaj nanometrov. Skupaj so tvorili šablono, ki je odbijala kar 70 odstotkov nanjo padle svetlobe EUV.

Ugotoviti so morali, kako te plasti zgladiti. Naprava bi potrebovala 11 ogledal, ki bi svetlobo odbijala naokrog in jo usmerila na čip, podobno kot bi 11 namiznoteniških igralcev odbijalo žogico med seboj proti cilju. Ker so si za cilj postavili, da bi vtisnili sestavne dele čipa, merjene v nanometrih, bi morala biti vsa ogledala nepredstavljivo gladka – že zaradi najmanjše napake bi fotoni EUV namreč zašli s poti.

Za lažjo predstavo. Če bi navadno kopalniško ogledalo povečali na velikost Nemčije, bi se njegove nepravilnosti izrazile kot pet metrov visoke izbokline. V tem merilu bi najbolj gladko ogledalo EUV, ki so ga izdelali Zeissovi inženirji – za vesoljske teleskope –, imelo dva centimetra visoke izboklinice. Takšna ogledala za podjetje ASML pa bi morala biti še nekaj stopenj bolj gladka: če bi bila velika kot Nemčija, naj bi največja nepravilnost ne merila več kot milimeter. »To so res najnatančnejša ogledala na svetu,« je poudaril Peter Kürz, odgovoren za razvoj naslednje generacije optike EUV v Zeissu.

Pomemben del Zeissovega prispevka naj bi bili pregledovanje ogledal, iskanje nepravilnosti in nato brisanje posameznih molekul z ionskim žarkom, tako da bi v nekaj mesecih dela površje postopoma zgladili.

Medtem ko je Zeiss razvijal ogledala, so se Benschop in drugi dobavitelji ASML lotili drugega velikega izziva: kako ustvariti svetlobni vir, ki bi zagotavljal stalen tok EUV.

Težava jih je preganjala več let.

Nekega dne so opazili nekaj hecnega: ogledala so dlje časa delovala, kot je treba, ko so napravo odprli zaradi vzdrževanja. Pokazalo se je, da je kisik v zraku, ki je prodrl v notranjost, pomagal zmanjšati kontaminacijo.

Za EUV je treba ustvariti plazmo, svojeglavo stopnjo snovi, ki obstaja le pri skrajno visokih temperaturah. Po prvih poskusih, da bi litij segrevali z laserskimi pulzi in tako pridobili svetlobo EUV, so prešli na kositer, pri katerem so izbruhi svetlobe močnejši.

V prvih letih novega stoletja jim je v sodelovanju s podjetjem Cymer iz San Diega in z nemškim laserskim podjetjem Trumpf uspelo sestaviti nekakšno napravo z verižno reakcijo v slogu Rubeja Goldberga. V ogrevani posodi kositer ohranjajo v tekočem stanju. Potuje v šobo, ki izstreli kapljico staljenega kositra v velikosti tretjine premera človeškega lasu, je razlago začel Danny Brown, podpredsednik tehničnega razvoja v podjetju, po rodu Avstralec. Kapljica tako pride v spodnji del naprave, sistemi kamer pa spremljajo njeno napredovanje. Ko doseže središče komore za oddajanje svetlobe, kapljico zadene laserski pulz. V eksploziji, ki doseže temperaturo okoli 500.000 stopinj Celzija, se kositer spremeni v plazmo, ki žari s svetlobo EUV. Mehanizem postopek izstreljevanja in uničevanja kapljic kositra ponovi 50.000-krat na sekundo.

»Ni preprosto, če lahko tako rečem,« je trpko pripomnil Brown.

Po tej rešitvi je s svojo ekipo hitro odkril nove težave. Ioni iz eksplozije kositra so zamašili optiko. Očistili bi jo lahko tako, da bi v svetlobno komoro načrpali vodik, ta bi reagiral z ioni kositra in jih tako pomagal odstraniti.

Žal so kmalu zaostali za načrti. Benschop je na začetku napovedoval, da bodo napravo EUV usposobili do 2006, dejansko pa jim je do tega leta uspelo izdelati le dva prototipa. Delovala sta in šablone jedkala natančneje od vseh litografskih naprav v zgodovini, a sta bila tudi obupno počasna. Vir svetlobe je bil še vedno prešibak. V litografiji šteje vsak foton; čim gostejši je njihov tok, tem hitreje se šablone vrezuje na silicijevo ploščo.

Naprava je medtem dobivala neverjetno kompleksne razsežnosti. Vključevala je robotske roke, ki so premikale rezine, motorje, ki so plošče z mrežo – velik kos stekla, na katerem je šablona –, pospeševali na 32-kratnik Zemljine težnosti in kar 100.000 delov, 3.000 kablov, 40.000 vijakov ter dva kilometra cevi. Še huje, vse to je bilo povezano med seboj: ko so usposobili en del, je to povzročilo težave nekje drugje. Pokazalo se je, na primer, da je toplota svetlobe EUV mikroskopsko spremenila razsežnosti ogledala. To je Zeissa in ASML prisililo k razvijanju senzorjev, ki bi odkrivali vse spremembe in zagnali programsko opremo za spreminjanje položaja ogledal s preciznimi ročicami.

»Ko smo odpravili eno težavo, smo se lotili naslednje,« se spominja Benschop. »Na vsakem vrhu gore smo zagledali naslednjo, še višjo.«

Številni opazovalci v industriji mikročipov, ki so spremljali, kako je ASML vedno znova zaostal za časovnimi načrti, so napovedovali, da mu ne bo uspelo.

»95 odstotkov upravljavcev kapitala in skladov je menilo, da EUV ne bo deloval,« je povedal C. J. Muse, analitik v industriji polprevodnikov, ki dela za Evercore.

Medtem ko se je ASML vztrajno trudil z litografijo EUV, si je hkrati s preostalo panogo izmišljal vse bolj prefinjene zvijače za večjo učinkovitost globoke ultravijolične svetlobe, da bi na čipe stlačil čim več tranzistorjev. S tehniko, imenovano potopitev, so čip prekrili s plastjo vode, na kateri se je lomila svetloba in ki je omogočala, da se je skoncentrirala na gostejši šabloni.

Litografski inženirji so razvili tudi tehniko za večkratno postavljanje šablone in jedkanje v plasti čipov, kar je znano kot tehnika večkratne šablone za še natančnejše podrobnosti. S temi pristopi so sestavne dele čipa zmanjšali na 20 nanometrov.

Zaradi teh nenavadnih inovacij je izdelovanje čipov postalo še veliko bolj zapleteno. Za potopitev so namreč v že tako delikatnem postopku litografije morali paziti še na vodo, kar ni preprosto. Razvijalci čipov pa s ugotovili, kako zahtevno je spreminjati njihov ustroj, da ustreza različnim šablonam. Globoki ultravijolični svetlobi je zmanjkovalo sape – in vsi so se tega zavedali.

Sredi prvega desetletja se je počasi nakazovalo, da bo EUV končno rešil vse težave. Brown in člani njegove ekipe so se zakopali v znanstveno literaturo in iskali način, kako iz vsake kapljice kositra iztisniti čim več. Kot nekdanji univerzitetni raziskovalec, ki je preučeval fiziko plazme, je bil v podjetju ASML znan kot človek, ki postavlja zanimiva znanstvena vprašanja, in direktor za tehnologijo mu je v šali poklonil tablico z napisom Znanstveno točno, a praktično neuporabno.

»Naši razvijalci si zdaj končno lahko oddahnejo,« je poudaril Sam Sivakumar iz Intela. »Moorov zakon je živ.«

A tokrat se je brskanje po znanstveni literaturi izplačalo. V njej so odkrili princip, po katerem je bilo treba vsako kapljico kositra dvakrat obstreliti z laserjem. Prva eksplozija je kapljico sploščila v palačinko, tako da je drugi strel milijoninko sekunde pozneje lahko iz nje iztisnil veliko več EUV. Brownova ekipa je potuhtala način, kako to početi v velikem obsegu.

Do drugih odkritij je vodilo srečno naključje. Ko so izboljšali lasersko obstreljevanje kositra, je nastalo več drobcev, kot jih je vodik lahko počistil, in učinkovitost ogledala je upadala. Nato so nekega dne opazili nekaj hecnega: ogledala so dlje časa delovala, kot je treba, ko so napravo odprli zaradi vzdrževanja. Pokazalo se je, da je kisik v zraku, ki je prodrl v notranjost, pomagal zmanjšati kontaminacijo. ASML je zato v zasnovo naprave vključil še občasno dodajanje majhne količine kisika.

Sredi leta 2017 je podjetje končno sestavilo delujočo demonstracijsko napravo, ki je čipe vtisnila z industriji primerno hitrostjo 125 silicijevih rezin na uro. Brown je prikaz na Nizozemskem spremljal iz svoje pisarne v San Diegu. Bil je vzhičen in se preoblekel v havajsko srajco, češ da gre zdaj končno lahko na dopust.

»Naprava je delala zzzt, zzzt, zzzt,« je ponazoril hitro premikanje mreže naokrog, medtem ko je robotska ročica približno vsakih 30 sekund podala novo rezino. »To je bila zadnja domina, preden smo lahko rekli, da bomo dejansko dobili litografijo EUV.«

Isto leto je ASML končno začel dobavljati naprave, ki so povzročile revolucijo v proizvodnji čipov. Ko so na trgu ugotovili, da ima ASML monopol nad najsodobnejšim orodjem, je vrednost delnic podivjala, dosegla petsto 549 dolarjev in podjetje je po tržni kapitalizaciji skoraj dohitelo Intel.

Če vas visoka tehnologija in elektronske naprave tako navdušujejo kot mene, je občutek med opazovanjem te naprave res veličasten – to je inženirski čudež. Ko sem obiskal Wilton, so me odpeljali na ogled mogočnega bloka iz neobdelanega aluminija, ki je sijal kot šasija vesoljske ladje in predstavlja vrhnji del naprave. Dolg je slab poltretji meter, širok približno 1,8 metra in debel 60 centimetrov. V njem je steklena mreža, na njem pa so nameščene velike molekularne črpalke v obliki soda. Vsaka črpalka ima tanka rezila, ki se obračajo s hitrostjo 30.000 obratov na minuto. Iz naprave posesajo vse pline, da se v njej ustvari vakuum. »Molekule plina dobesedno izrinejo, drugo za drugo,« mi je pojasnil Whelan.

Lahko bi rekli, da največji uspeh podjetja ASML niti ni bil dokončati napravo, temveč predvsem, da so jo umerili. Ko sem slekel zaščitna oblačila, sem obiskal strojnico, kjer so obdelovali velike kose stekla za mrežo. Vsak kos stekla, ki ga obdelajo, postavijo na stroje, ki ga počasi, na stotine ur v več tednih, zgladijo. Kot mi je povedal šef Guido Capolino, steklo nenehno merijo, da vidijo, koliko nepravilnosti so odstranili, začnejo pa s hrapavimi mikroni. Namignil je na polirni stroj za nama, kjer so se kosi stekla počasi vrteli na vrhu brozge iz mokre mešanice za poliranje.

»Tukaj govorimo o angstremih in nanometrih variabilnosti,« je poudaril. Steklo v mreži je ključno, saj se pod vplivom temperature ne deformira toliko kot kovina, vendar ga je peklensko težko klesati – še ena težava, ki so jo morali inženirji počasi rešiti.

ASML si je z litografijo EUV prislužil velik ugled v panogi mikročipov. Chris Mack, veteran s štiri desetletji izkušenj v litografiji čipov, je trenutno odgovoren za tehnologijo v podjetju Fractilia, ki izdeluje programsko opremo za proizvodnjo čipov. Po njegovih besedah je razlog, da je ASML in njegovim partnerjem uspelo – medtem ko si drugi niso upali niti poskusiti –, golo trmasto vztrajanje.

»Kot bi lupili čebulo,« mi je povedal. »Rekli so si, zdaj je na vrsti naslednji sloj. In nato so odstranili ta sloj. In nihče zares ne ve, ali je čebula v notranjosti gnila ali užitna, preprosto je treba lupiti. Občudovanja vredno je, da niso obupali.«

Ker so zdaj zmožni proizvajati vse manjše sestavne dele, lahko velike družbe, kot so Intel, TSMC in Samsung, izdelujejo vse hitrejše in varčnejše čipe.

»Naši razvijalci si zdaj končno lahko oddahnejo,« je poudaril Sam Sivakumar iz Intela. »Moorov zakon je živ.«

Ker je vse več naprav EUV in se njihov strošek amortizira, bo tehnologija vplivala na vse več vsakdanjih naprav. Le ena država je, ki ji revolucija v EUV vsaj kratkoročno ne bo koristila – Kitajska.

Tako Trumpova kot Bidnova administracija sta zaradi zaskrbljenosti, da bi Kitajska lahko pomenila tehnološko grožnjo, uspešno pritisnili na Nizozemsko, naj naprav EUV ne prodaja tamkajšnjim kupcem.

Bi Kitajska lahko izdelala svoje naprave? Nekateri poznavalci so prepričani, da ne. Uspeh podjetja ASML na področju litografije EUV je sad predanega sodelovanja s podjetji od vsepovsod, od Nemčije in Združenih držav Amerike do Japonske (ki proizvaja kemične snovi, ključne za litografske fotomaske). Kitajska, ki je razmeroma osamljena, sama nima veliko možnosti, ocenjuje Will Hung, analitik v središču za varnost in nove tehnologije na univerzi v Georgetownu. »Te luknje ne more zakrpati,« je dodal.

Drugi poznavalci panoge pa namigujejo, da bo Kitajska do naprav EUV preprosto prišla z zamudo. Kitajski proizvajalci čipov običajno delajo z orodji zadnje generacije, ki za korak zaostajajo za tistimi, ki jih uporablja TSMC v Tajvanu, Samsung v Južni Koreji in Intel v ZDA, je pojasnil C. J. Muse. Ko bo prva generacija EUV naprav čez nekaj let veljala za nekoliko starejšo in bo panoga prešla na novejše modele, jih bo Kitajska morda smela nabaviti.

ASML dejansko že izboljšuje svojo napravo, ki bo svetlobo EUV lahko še bolj skoncentrirala, in sicer zaradi tako imenovane višje numerične odprtine, tako da bo lahko vdelovala sestavne dele, morda celo manjše kot deset nanometrov. Ta naprava bo imela večja ogledala, zato bo tudi sama morala biti večja. Intel je trenutno prvi kupec za napravo naslednje generacije in načrtuje, da bo prve čipe, izdelane z njo, začel prodajati najpozneje leta 2025.

ASML z večino opazovalcev ocenjuje, da bo EUV napredku čipov pomagal najmanj do leta 2030, morda pa še dlje. Navsezadnje bi nekatere zvijače, ki so jih razvili izdelovalci čipov, da jim je globoka ultravijolična svetloba pomagala tako dolgo, lahko ponovili tudi pri svetlobi EUV.

A nekoč, v naslednjem desetletju, bo želja panoge po krčenju naletela na fizične omejitve, ki jih bo še težje premagati od teh, ki ji jih je že uspelo obvladati. Če nič drugega, se že pojavljajo kvantne težave. Proizvajalci čipov, ki uporabljajo naprave ASML, se morajo spopadati s stohastičnimi napakami – žarki svetlobe EUV po naravi lahko zaidejo s prave poti in povzročijo napake na šabloni. Te težave za zdaj še niso ohromile njihovega delovanja, vendar bodo imele tem večjo težjo, čim manjši čipi bodo nastajali.

Če bo nova tehnika Moorovemu zakonu pomagala, da se obdrži do leta 2030, kaj bo sledilo? Strokovnjaki računajo, da bo ASML nadaljeval testiranja naprav s še višjimi numeričnimi odprtinami, kar jim bo omogočalo osredotočanje na vse manjše točke. Hkrati razvijalci čipov preverjajo strategije za izboljšave, ki ne bi bile tako odvisne od nadaljnjega zmanjševanja. Ena od tehnik bi bila razširjanje zasnove v višino in razvijanje v tretjo dimenzijo z nalaganjem plasti čipov. Nihče pa ne ve, katera litografska tehnologija bi utegnila slediti EUV. Sivakumar iz Intela ni želel niti ugibati, Mack pa je povedal, da resno ne razvijajo nič drugega razen EUV z visokimi numeričnimi odprtinami.

V Wiltonovi čisti sobi mi je Whelan omogočil hiter vpogled v njihovo napravo EUV z visoko numerično odprtino. Dvignil je velika dvižna vrata, podobna garažnim, in me pospremil v mogočno novo čisto sobo v velikosti nogometnega igrišča. V kotu je stala svetleča aluminijasta podlaga za mrežo, enaka, kot sem jo videl v izvirni napravi EUV, le da je ne bi mogli več brez težav namestiti v dnevno sobo. Velika je bila namreč skoraj kot vagon podzemne železnice in tehtala celih 17 ton. Za njeno prestavljanje so morali v streho namestiti žerjave.

»To bo torej naprava, ki nam bo v prihodnosti pomagala ohranjati veljavnost Moorovega zakona,« je napravo predstavil Whelan.

Copyright Technology Review, distribucija Tribune Content Agency.