داخل الآلة التي أنقذت قانون مور

أنفقت شركة ASML الهولندية 9 مليارات دولار و 17 عامًا في تطوير طريقة لمواصلة صنع رقائق كمبيوتر أكثر كثافة.



التعلم العميق على وحدة المعالجة المركزية
آلة ASML

تم بناء الوحدة العلوية لآلة EUV من الجيل التالي من ASML من قطعة 17 طنًا من الألمنيوم المطحون.كريستوفر باين

27 أكتوبر 2021

ينظر باتريك ويلان من خلال الغطاء الأمامي لبدلة الأرنب ذات الغرفة النظيفة ليرى كيف تسير الأمور.





أمامه قطعة زجاج لامعة ، بحجم فرن محمصة تقريبًا ، محفورة بالعديد من المقاطع المقطوعة لتقليل وزنها بحيث تبدو وكأنها طوطم غريب. يقوم فريق ويلان بلصقها بقطعة كبيرة من الألومنيوم بحجم طاولة القهوة. المعدن والزجاج ناعمان بشكل مخيف ، حيث تم صقلهما لأسابيع لإزالة العيوب الدقيقة. على مدار الأربع وعشرين ساعة القادمة ، عندما يصلب الغراء ، سيقوم العمال بمراقبة موضع الزجاج والمعدن بشكل عصبي للتأكد من أنهما يندمجان معًا تمامًا.

سيتم وضع هذه الميكرونات معًا بدقة ، كما أخبرني ويلان ، مشيرًا إلى الجهاز.

يشعر الفني القريب بالقلق من أنه قريب جدًا ، ويصيح: دعم!



أنا لا ألمس! أنا لا ألمس! تقول ويلان ضاحكة.

الدقة هي عمل جاد هنا. أنا في ويلتون ، كونيتيكت ، في غرفة نظيفة تابعة لشركة ASML الهولندية ، مما يجعل الآلة الأكثر تطورًا في العالم للطباعة الحجرية - وهي عملية حاسمة تُستخدم لإنشاء الترانزستورات والأسلاك والمكونات الأساسية الأخرى للرقائق الدقيقة. إنه جهاز مرغوب فيه ، مع طرز تصل تكلفتها إلى 180 مليون دولار ، ويستخدم في صنع ميزات الرقائق الدقيقة بحجم 13 نانومتر في مقطع سريع. هذا المستوى من الدقة أمر بالغ الأهمية إذا كنت من Intel أو TSMC وترغب في تصنيع أسرع معالجات الكمبيوتر المتطورة في العالم. الآلة النهائية ، التي تم تجميعها في مقر ASML في هولندا ، بحجم حافلة صغيرة ومليئة بـ 100000 آلية صغيرة ومنسقة ، بما في ذلك نظام يولد طولًا موجيًا معينًا من الأشعة فوق البنفسجية عالية الطاقة عن طريق تفجير قطرات من الصفيح المنصهرة باستخدام ليزر 50000 مرة في الثانية. يستغرق شحن طائرة واحدة إلى العميل أربع طائرات 747.

إنها تقنية صعبة للغاية - من حيث التعقيد فهي على الأرجح في فئة مشروع مانهاتن ، كما يقول سام سيفاكومار ، مدير إنتل للطباعة الحجرية.

هنا في ويلتون ، تعتبر وحدة الزجاج والمعدن التي يقوم ويلان وفريقه ببنائها بالغة الأهمية بشكل خاص. ستحمل الأنماط اللازمة لصنع رقاقة ، وستتأرجح ذهابًا وإيابًا بينما تنفجر الآلة بضوء فوق بنفسجي شديد (EUV) ، مما يضيء أجزاء مختلفة من نمط الرقاقة. سوف يرتد الضوء بعد ذلك إلى رقاقة من السيليكون بحجم طبق العشاء ، مما يحرق النمط في مكانه.



يمشي ويلان إلى شاشة فيديو تُظهر إحدى هذه الأدوات الزجاجية المعدنية وهي تتحرك ذهابًا وإيابًا أثناء الاختبار. يزن 30 كيلوجرامًا ، لكنه يتحرك في ضبابية.

يقول ويلان إن هذا يتسارع بشكل أسرع من طائرة مقاتلة ، ولحيته التي تم اقتصاصها ونظاراتها محجوبة بمعداته. إذا كان هناك أي شيء فضفاض ، فسوف يتطاير بعيدًا. والأكثر من ذلك ، كما يقول ، أن الجهاز يجب أن يتوقف في بقعة بحجم نانومتر - لذلك لديك واحد من أسرع الأشياء على وجه الأرض يستقر في أصغر بقعة من أي شيء تقريبًا.

حامل القناع

يستخدم هذا المشبك الزجاجي (مستطيل أسود ، أعلى الوسط) لحمل الأقنعة التي تحتوي على أنماط رقاقة ليتم نقلها إلى رقاقة.

كريستوفر باين الروبوت البرتقالي في ASML

عرض أقرب إلى المشبك الزجاجي المستخدم لحمل الأقنعة.

كريستوفر باين

هذا المزيج من السرعة والدقة هو المفتاح لمواكبة قانون مور - ملاحظة أن عدد الترانزستورات المكدسة في رقاقة صغيرة يتضاعف تقريبًا كل عامين حيث تصبح المكونات أصغر من أي وقت مضى ، مما يجعل الرقائق أرخص وأكثر قوة. كلما قمت بحزم الترانزستورات بشكل أكثر إحكامًا ، يمكن أن تنتقل الإشارات الكهربائية الأسرع حول الشريحة. منذ الستينيات ، قلص صانعو الرقائق المكونات عن طريق التحول ، كل عقد أو نحو ذلك ، إلى شكل جديد من الضوء بطول موجي أصغر. ولكن بحلول أواخر التسعينيات ، كان المصنعون عالقين في ضوء 193 نانومتر - وكانوا يناقشون بشدة ما يجب القيام به بعد ذلك. ازداد الوضع سوءا أكثر فأكثر. كان على صانعي الرقائق استخدام تصميمات وتقنيات معقدة بشكل متزايد للحفاظ على استمرار قانون مور ، لكنهم تمكنوا من تحقيق عقدين آخرين من الأداء المتزايد.

بعد ذلك ، في عام 2017 ، كشفت ASML النقاب عن آلة EUV الجاهزة للإنتاج ، والتي تستخدم الضوء بطول موجة يبلغ 13.5 نانومتر فقط. مع الطول الموجي القصير ، يمكن لصانعي الرقائق أن يحزموا الترانزستورات بكثافة أكبر من أي وقت مضى. يمكن لوحدات المعالجة المركزية معالجة الأرقام بشكل أسرع ، أو استخدام طاقة أقل ، أو أن تصبح أصغر. تعمل الأجيال الأولى من الرقائق المزودة بميزات EUV الصغيرة بالفعل لدى الشركات الضخمة مثل Google و Amazon ، حيث تعمل على تحسين ترجمة اللغة ونتائج محركات البحث والتعرف على الصور وحتى الذكاء الاصطناعي ، مثل GPT-3 ، يتحدث ويكتب مع إنسان مخيف جودة. تصل ثورة EUV أيضًا إلى المستهلكين كل يوم ، حيث يتم استخدام آلات ASML لصنع شرائح للمنتجات بما في ذلك بعض هواتف Apple الذكية وأجهزة Mac ، ومعالجات AMD ، وهاتف Samsung Note10 +. نظرًا لأن أجهزة EUV أصبحت أكثر شيوعًا ، فإنها ستعمل على تعزيز الأداء وتقليل متطلبات الطاقة على الأجهزة اليومية بشكل متزايد. تتيح تقنية EUV أيضًا تصميمات أبسط ، مما يسمح لصانعي الرقائق بالتحرك بشكل أسرع وإنتاج المزيد من الرقائق لكل رقاقة ، مما يؤدي إلى توفير التكاليف التي يمكن نقلها إلى المستهلكين.

لم يكن نجاح الطباعة الحجرية بالأشعة فوق البنفسجية مضمونًا. من الصعب التلاعب بالضوء لدرجة أن الخبراء توقعوا أن ASML لن يتوصلوا إليه أبدًا. في الواقع ، تخلى منافسا ASML ، Canon و Nikon ، عن المحاولة منذ سنوات. لذلك أصبح لدى ASML الآن ركن في السوق: إذا كنت ترغب في إنشاء أحدث المعالجات ، فأنت بحاجة إلى أحد أجهزتها. تقوم ASML بإنتاج 55 منها فقط سنويًا ، وهي تبيع بسرعة لعمالقة صناعة الرقائق في الصناعة ؛ حاليا أكثر من 100 مثبتة.

يقول واين لام ، مدير الأبحاث في CCS Insight ، إن قانون مور ينهار بشكل أساسي ، وبدون هذه الآلة ، يكون قد اختفى. لا يمكنك حقًا صنع أي معالجات رائدة بدون EUV.

من النادر للغاية أن تمتلك شركة واحدة احتكارًا لمثل هذا الجزء الرئيسي من إنتاج الرقائق الدقيقة. والأكثر إثارة للدهشة هو العمل الهائل: استغرق البحث والتطوير 9 مليارات دولار من ASML و 17 عامًا من البحث ، وسلسلة متواصلة من التجارب ، والتعديل والتبديل ، واختراقات aha. EUV هنا الآن - إنه يعمل. لكن الجهد والوقت اللذين استغرقهما تحقيق ذلك - ودخوله المتأخر إلى المشهد - يثير بعض الأسئلة التي لا مفر منها. إلى متى سيتمكن EUV من الحفاظ على استمرار قانون مور؟ وماذا سيحدث بعد ذلك؟

وحدة تلميع

تستخدم ASML هذا الروبوت البرتقالي ، الذي صنعته شركة KUKA Robotics ، لتحريك القطع الثقيلة من آلات EUV حول أرضية غرف الأبحاث.

كريستوفر باين

عندما انضم Jos Benschop إلى ASML في عام 1997 ، كان قد قطع فترة طويلة مع Phillips وهبطت smack dab في صناعة رقائق قلقة بشأن مستقبلها. على مدى عقود ، أتقن المهندسون في تصنيع الرقائق فن الطباعة الحجرية. المفهوم بسيط. أنت تصمم مكونات رقاقة - أسلاكها وأشباه الموصلات - ثم تحفرها في سلسلة من الأقنعة ، تمامًا مثل استنسل لوضع نقش على قميص تي شيرت. ثم تضع كل قناع فوق رقاقة سيليكون وتضيء الضوء من خلاله (يكافئ تقريبًا رش الطلاء على الاستنسل). يقوي الضوء المقاومة ، وهي طبقة كيميائية على سطح الرقاقة ؛ ثم تحفر مواد كيميائية أخرى هذا النمط في السيليكون. في الستينيات ، استخدم صانعو الرقائق الضوء المرئي لهذه العملية ، بطول موجي يصل إلى 400 نانومتر. ثم تحولوا إلى الضوء فوق البنفسجي ، عند 248 نانومتر ، وقللوه تدريجيًا إلى 193 نانومتر - وهو ما يُسمى غالبًا الأشعة فوق البنفسجية العميقة. كل مفتاح اشترى لهم عدة سنوات من تمديد قانون مور.

ولكن بحلول أواخر التسعينيات ، كانوا قد ركزوا على الأشعة فوق البنفسجية العميقة بأكبر قدر ممكن من الدقة ، ولم يكونوا متأكدين من كيفية تقليل حجمها. يبدو أن هناك حاجة إلى مصدر ضوء جديد. كانت ASML في ذلك الوقت شركة صغيرة تضم 300 شخصًا نجحت في بيع أدوات الطباعة الحجرية بالأشعة فوق البنفسجية العميقة. ولكن للبقاء على صلة بالموضوع ، أدركوا أنهم بحاجة إلى القيام ببعض البحث والتطوير الجاد.

تم تعيين بنشوب - وهو مدير تنفيذي طويل القامة وذو أسلوب غزير ولكنه ساخر - كأول موظف باحث. بدأ بالذهاب إلى المؤتمرات الكبيرة ، التي تُعقد مرتين في العام ، حيث كان المفكرون العميقون من شركات الرقائق الكبرى والوكالات الحكومية يضربون ذقونهم ويتجادلون حول شكل الضوء الذي يجب استخدامه بعد ذلك.

ماذا سيكون الطفل القادم في الكتلة؟ كانت الطريقة التي وضعها Benschop عندما تحدثنا على Zoom في الصيف الماضي. فكر الخبراء في عدة خيارات ، وكلها تنطوي على مشاكل كبيرة. كانت إحدى الأفكار هي استخدام رذاذ من الأيونات لرسم أنماط على الرقائق ؛ هذا من شأنه أن ينجح ، ولكن لا أحد يستطيع معرفة كيفية القيام بذلك بسرعة على نطاق واسع. الشيء نفسه ينطبق على إطلاق حزم من الإلكترونات. دعا البعض إلى استخدام الأشعة السينية ، التي لها طول موجي صغير ، لكنهم واجهوا تحديات خاصة بهم. كانت الفكرة النهائية هي الأشعة فوق البنفسجية الشديدة ، التي يمكن أن يصل طولها الموجي إلى 13.5 نانومتر - وهو قريب جدًا من الأشعة السينية. تبدو جيدة.

كانت المشكلة أن EUV سيتطلب شكلاً جديدًا تمامًا من آلة الطباعة الحجرية. استخدمت تلك الموجودة عدسات زجاجية تقليدية لتركيز الضوء على الرقاقة. لكن ضوء EUV يمتص بواسطة الزجاج ؛ يتوقف عن الموت. إذا كنت ترغب في التركيز عليه ، فسيتعين عليك تطوير مرايا منحنية مثل تلك المستخدمة في التلسكوبات الفضائية. والأسوأ من ذلك ، أن الأشعة فوق البنفسجية يمتصها الهواء ، لذلك ستحتاج إلى جعل الجزء الداخلي من جهازك فراغًا مغلقًا تمامًا. وتحتاج إلى توليد ضوء EUV بشكل موثوق ؛ لم يكن أحد متأكدًا من كيفية القيام بذلك.

لقد تلاعبت شركة إنتل بالفكرة ، كما فعلت وزارة الطاقة الأمريكية. لكن هذه كانت في الغالب تجارب معملية. لإنشاء آلة طباعة حجرية صالحة لصناعة الرقائق ، ستحتاج إلى تطوير تقنيات موثوقة يمكنها العمل بسرعة وإنتاج رقائق بكميات كبيرة.

بعد ثلاث سنوات من التأمل ، قررت ASML في عام 2000 مقامرة الشركة ومحاولة إتقان EUV. لقد كانوا شركة صغيرة ، ولكن إذا تمكنوا من تحقيق النجاح ، فسيصبحون عمالقة.

كان هناك الكثير من المشكلات الهندسية لحل ذلك ، كما يتذكر بنشوب ، لم يكن لدينا الزخم للقيام بذلك بأنفسنا. لذلك بدأ المسؤولون التنفيذيون في ASML في استدعاء الشركات التي صنعت مكونات لأجهزتها الحالية. ذهبت مكالمة واحدة إلى شركة البصريات الألمانية Zeiss التي صنعت لسنوات عدسات زجاجية لـ ASML.

يتمتع مهندسو Zeiss بخبرة في استخدام EUV - بما في ذلك صنع عدسات ومرايا دقيقة للغاية لتلسكوبات الأشعة السينية. كانت الحيلة هي طلاء سطح مرايا الأشعة فوق البنفسجية بطبقات متناوبة من السيليكون والموليبدينوم ، بسماكة بضعة نانومترات فقط. ينتجان معًا نمطًا يعكس ما يصل إلى 70٪ من ضوء EUV الذي يضربه.

كانت المشكلة في كيفية تلميعها. سينتهي الأمر بالحاجة إلى 11 مرآة لترتد ضوء EUV حولها وتركزه على الشريحة ، مثل 11 لاعباً بينج بونج يرتدون كرة من واحد إلى آخر باتجاه الهدف. نظرًا لأن الهدف كان حفر مكونات الرقائق المقاسة بالنانومتر ، يجب أن تكون كل مرآة سلسة بشكل مذهل. أصغر عيب من شأنه أن يضلل فوتونات الأشعة فوق البنفسجية.

إلى اليسار: هذه البصريات المصقولة هي جزء من مستشعر للطاقة يساعد على التحكم في شدة الضوء داخل آلات الطباعة الحجرية. اليمين: نظرة فاحصة على وحدة التلميع. تم ضبط قطع الزجاج الموضحة هنا على زوايا لتحقيق الشطبة الصحيحة.

البصريات في آلة التلميع

تُستخدم وحدات التلميع هذه لتنعيم المكونات التي تدخل في آلة EUV الخاصة بـ ASML.

كيف تكون وسيطا على الفيسبوك
مضخات جزيئية عنفية

بعض البصريات مثل تلك الموضحة في أعلى اليسار مصقولة ميكانيكياً. يمكن أن يقضي أحد المكونات عدة أسابيع في عملية تلميع متعددة المراحل ، حيث يتحقق الفنيون من النعومة وصولاً إلى الدقة النانومترية.

كريستوفر باين

لإعطاء إحساس بالحجم ، إذا أخذت المرآة في حمامك وفجرتها إلى حجم ألمانيا ، فستكون بها نتوءات يبلغ ارتفاعها حوالي خمسة أمتار. تم تفجيرها بالحجم نفسه ، فإن أنعم مرآة EUV صنعها مهندسو Zeiss حتى الآن - للتلسكوبات الفضائية - سيكون لها نتوءات بارتفاع 2 سم فقط. يجب أن تكون هذه المرايا الخاصة بـ ASML أكثر سلاسة: إذا كانت بحجم ألمانيا ، فإن أكبر عيوبها يمكن أن يكون ارتفاعها أقل من ملليمتر. هذه هي بالفعل أكثر المرايا دقة في العالم ، كما يقول بيتر كورز ، المسؤول عن تطوير الجيل القادم من بصريات الأشعة فوق البنفسجية في شركة زايس.

يتمثل جزء كبير من عمل زايس في فحص المرايا للبحث عن العيوب ثم استخدام شعاع أيوني للتخلص من الجزيئات الفردية ، وتنعيم السطح تدريجيًا على مدار شهور وشهور من العمل.

بينما كان Zeiss يطور المرايا ، كان Benschop وموردي ASML الآخرين يعملون على التحدي الكبير الآخر: كيفية إنشاء مصدر ضوء من شأنه أن ينتج تدفقًا ثابتًا لـ EUV.

سوف يطاردهم لسنوات.

لتوليد EUV ، تحتاج إلى إنشاء بلازما ، وهي مرحلة صعبة من المادة توجد فقط في درجات حرارة عالية للغاية. بعد تجارب مبكرة انطلق الليثيوم بنبضات الليزر لإنتاج ضوء الأشعة فوق البنفسجية ، تحولوا إلى القصدير ، مما أدى إلى إنتاج رشقات نارية أكبر.

لسنا مستعدين لنهاية قانون مور

لقد غذى الرخاء في الخمسين سنة الماضية. لكن النهاية تلوح الآن في الأفق.

بحلول أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين ، من خلال العمل مع شركة Cymer في سان دييغو وشركة Trumpf الألمانية لليزر ، صنعت ASML شيئًا من جهاز Rube Goldberg الغريب. هناك وعاء ساخن يحافظ على القصدير في حالة سائلة. يتغذى في فوهة تطلق قطيرة من القصدير المنصهر - ثلث قطر شعرة الإنسان ، كما يقول داني براون ، نائب رئيس التطوير التقني للشركة المولود في أستراليا - إلى الجزء السفلي من الجهاز ، وتتبع أنظمة الكاميرا تقدمها. عندما تصل إلى مركز الغرفة المنتجة للضوء ، تضرب نبضة ليزر قطيرة القصدير. عند تضخيمه في انفجار يصل إلى درجة حرارة حوالي 500000 كلفن ، ينتج القصدير بلازما تتوهج بضوء الأشعة فوق البنفسجية. تكرر الآلية هذه العملية ، فتطلق النار وتدمر قطرات القصدير 50000 مرة في الثانية.

يقول براون: إنه أمر غير مباشر ، دعنا نضع الأمر على هذا النحو.

على الرغم من أنه يمكنهم الآن توليد ضوء EUV ، اكتشف براون وفريقه بسرعة مشاكل جديدة. الأيونات من انفجارات القصدير سوف تسد البصريات. لتنظيف الأشياء ، أدركوا أن بإمكانهم ضخ الهيدروجين في حجرة الضوء ، حيث يتفاعل مع أيونات القصدير ويساعد في التخلص منها بعيدًا.

لكنهم كانوا يتأخرون بسرعة عن الجدول الزمني. توقع Benschop في البداية أنه سيكون لديهم آلات EUV في الحجم بحلول عام 2006. في الواقع ، بحلول ذلك العام ، كانوا قد أنتجوا نموذجين فقط. عملت النماذج الأولية ، وحفر الأنماط بدقة أكثر من أي آلة طباعة حجرية في التاريخ. لكنهم كانوا بطيئين بشكل مؤلم. كان مصدر الضوء لا يزال هزيلًا جدًا. في الطباعة الحجرية ، كل فوتون مهم. كلما زاد سمكك في إنتاجها ، زادت سرعة وضع النمط على السيليكون.

في غضون ذلك ، كانت الآلة تنمو إلى أبعاد معقدة بشكل لا يصدق. لقد احتوت على أذرع روبوتية تتحرك ، محركات تسرّع المادة الشبكية - قطعة الزجاج الكبيرة التي تحمل النمط - إلى 32 مرة من جاذبية الأرض ، و 100000 جزء بالكامل ، و 3000 كابل ، و 40000 مسمار ، و 2 كيلومتر من الخراطيم. والأسوأ من ذلك ، أن كل شيء كان مترابطًا: الحصول على جزء يعمل ، وسيخلق مشكلة في مكان آخر. اتضح ، على سبيل المثال ، أن الحرارة المنبعثة من ضوء الأشعة فوق البنفسجية غيرت أبعاد المرايا مجهريًا. أجبر ذلك Zeiss و ASML على تطوير أجهزة استشعار من شأنها اكتشاف أي تغيير ، وتشغيل برنامج من شأنه أن يغير مواضع المرايا باستخدام مشغلات دقيقة.

يقول بنشوب: أثناء تصحيح إحدى المشكلات ، انتقلنا إلى المشكلة التالية. في كل جبل تتسلقه ، ترى الجبل التالي الذي كان أعلى من ذلك بكثير.

العديد من المراقبين في صناعة الرقائق الدقيقة ، الذين شاهدوا ASML يتأخر عن الجدول الزمني مرارًا وتكرارًا ، أدركوا أنهم سيفشلون.

معدات الاختبار التجريبية

تزيل هذه المضخات الجزيئية التوربينية الهواء والغازات الأخرى لإنتاج فراغ داخل آلة EUV - وهو أمر بالغ الأهمية لأن ضوء EUV يمتص عن طريق الهواء. تدور المضخات بسرعة 30000 دورة في الدقيقة وتتخلص من جزيئات الغاز الفردية واحدة تلو الأخرى.

كريستوفر باين

يعتقد خمسة وتسعون في المائة من الأموال الذكية أنه لا توجد طريقة تعمل بها الأشعة فوق البنفسجية على الإطلاق ، كما يقول سي جي ميوز ، محلل صناعة أشباه الموصلات في إيفركور.

بينما ابتعد ASML عن EUV ، كانوا وبقية الصناعة يؤدون حيلًا أكثر تفصيلاً لتوسيع أداء ضوء الأشعة فوق البنفسجية العميق قدر الإمكان ، لتعبئة المزيد من الترانزستورات على الرقائق. إحدى التقنيات ، تسمى الغمر ، تضمنت وضع طبقة من الماء فوق الرقاقة ، مما يؤدي إلى انكسار الضوء الوارد ويسمح له بالتركيز في نمط أكثر إحكامًا.

طور مهندسو الطباعة الحجرية أيضًا تقنية للنقش والنحت في طبقة رقاقة عدة مرات - ما يُعرف باسم الزخرفة المتعددة - لإنتاج تفاصيل أدق. دفعت هذه الأساليب معًا مكونات الرقائق إلى 20 نانومترًا.

لكن هذه الابتكارات الغريبة جعلت فعل صناعة الرقائق أكثر تعقيدًا. يتطلب الغمر إدارة وجود الماء في عملية الطباعة الحجرية الدقيقة ، وهي مهمة ليست سهلة. ووجد مصممو الرقائق أنه من الصعب تغيير تصميماتهم للعمل مع أنماط متعددة. كانت الأشعة فوق البنفسجية العميقة تنفد من قوتها - والجميع يعرف ذلك.

بحلول منتصف عام 2010 ، على الرغم من ذلك ، بدأ يبدو كما لو أن EUV قد يأتي أخيرًا للإنقاذ. غاص براون وفريقه في الأدبيات العلمية ، بحثًا عن طرق للاستفادة بشكل أكبر من كل قطرة من الصفيح. وبصفته باحثًا جامعيًا سابقًا درس فيزياء البلازما ، كان معروفًا داخل ASML لإثارة قضايا علمية مدببة الرأس ؛ مازحًا ، أعطاه CTO لوحة مزخرفة بالكلمات دقيقة علميًا ولكنها عديمة الفائدة عمليًا.

هذه المرة ، على الرغم من ذلك ، فإن الانغماس في الأدبيات العلمية يؤتي ثماره. واقترح مفهوم ضرب كل قطرة من الصفيح بالليزر مرتين. سوف يؤدي الانفجار الأول إلى تسطيح القطرة إلى شكل فطيرة ، مما مكّن انفجارًا ثانيًا - بعد جزء من المليون من الثانية - من إنتاج المزيد من الأشعة فوق البنفسجية. ابتكر فريق براون طريقة للقيام بذلك على نطاق واسع.

صور مجرات تلسكوب هابل

جاءت الاكتشافات الأخرى عن طريق الصدفة السعيدة. مع تحسن قدرتها على تضحية القصدير ، أنتجت العملية حطامًا أكثر مما يمكن أن ينظفه الهيدروجين. كان أداء المرآة مهينًا. ثم في أحد الأيام لاحظوا شيئًا مضحكًا: المرايا لم تتحلل بالسرعة نفسها بعد فتح الماكينة للصيانة. كما اتضح ، ساعد الأكسجين الموجود في الهواء على عكس التلوث. قامت ASML ببناء إضافة عرضية لكميات صغيرة من الأكسجين في التصميم.

بحلول منتصف عام 2017 ، كان لدى الشركة أخيرًا عرضًا تجريبيًا عمليًا حفر الرقائق بوتيرة صديقة للصناعة - 125 رقاقة في الساعة. من مكتبه في سان دييغو ، شاهد براون العرض التوضيحي في هولندا. كان معجبا. لقد تحول إلى قميص هاواي ، معلنا أنه سيتمكن أخيرًا من الذهاب في إجازة.

كان هذا الشيء مثل zzzt zzzt zzzt zzzt يتذكر ، محاكياً سرعة انزلاق الشبكة الشبكية ، وانزلاق الذراع الآلية في رقاقة جديدة كل 30 ثانية. كانت آخر قطعة دومينو تقول بشكل أساسي ، 'نعم ، الطباعة الحجرية EUV ستحدث.'

في ذلك العام ، بدأت ASML أخيرًا في شحن الآلات التي من شأنها أن تحدث ثورة في صناعة الرقائق. بمجرد أن أدرك السوق احتكار ASML للأدوات المتطورة ، بدأ سهمها في الارتفاع ، حيث وصل إلى 549 دولارًا أمريكيًا وجعل القيمة السوقية للشركة تقريبًا بحجم Intel.

إذا كنت من عشاق التروس مثلي ، فإن الماكينة رائعة حقًا للنظر فيها —أعجوبة هندسية. عندما زرت ويلتون ، ساروا معي لمشاهدة كتلة ضخمة من الألمنيوم المطحون الذي يشكل الجزء العلوي من الجهاز. يبلغ طوله ثمانية أقدام وعرضه ستة أقدام وسمكه قدمان. يتلألأ مثل هيكل سفينة الفضاء ، وهو يحمل شبكاني زجاجي وقد تم تركيبه أيضًا على مضخات جزيئية ضخمة على شكل برميل. تحتوي كل مضخة على شفرات صغيرة تدور بسرعة 30000 دورة في الدقيقة ، مما يؤدي إلى امتصاص جميع الغازات من الماكينة لإنتاج فراغ بداخلها. أخبرني ويلان أنهم في الواقع يضربون جزيئات الغاز بعيدًا عن الطريق ، واحدًا تلو الآخر.

يمكن للمرء أن يجادل بأن النجاح الرئيسي لـ ASML لم يكن في صنع الآلات بقدر ما كان في قياسها. عندما خلعت بدلة الأرنب الخاصة بي ، قمت بزيارة متجر الآلات ، حيث كانت قطع الزجاج الضخمة محفورة للشبكاني. بعد طحن كل قطعة من الزجاج ، يتم وضعها على آلات تعمل على صقلها تدريجيًا لمئات الساعات على مدار عدة أسابيع. كما أخبرني مدير متجر الآلات Guido Capolino ، فإنهم يقيسون الزجاج طوال الوقت لمعرفة عدد العيوب التي يتم إزالتها ، بدءًا من الميكرونات الخشنة. أشار إلى آلة تلميع خلفنا ، حيث تدور قطع الزجاج ببطء فوق خليط من خليط التلميع الرطب.

تفحص الآلة المرايا

يتم استخدام هذا الإعداد التجريبي المنضدي في مصنع ASML في سان دييغو لاختبار تجميعات مولدات القطيرات - وهي جزء من مصدر ضوء جهاز EUV.

يمكن للمرايا الموجودة داخل آلة الطباعة الحجرية أن تتراكم بقايا القصدير من مصدر ضوء EUV. بعد أن يتم تنظيف وصقل المرايا ، يتم استخدام هذه الآلة لفحصها.

كيفية عمل تحدي عارضة أزياء
كريستوفر باين

قال: نحن في أسفل الأنجستروم والنانومتر من أجل التباين هنا. استخدام الزجاج في شبكاني أمر بالغ الأهمية ؛ لا يتشوه تحت الحرارة مثل المعدن. ولكن من الصعب للغاية نحتها - مشكلة أخرى كان على المهندسين حلها ببطء.

لقد أكسب نجاح ASML مع EUV الشركة احترامًا عميقًا عبر صناعة الرقائق الدقيقة. كريس ماك ، المخضرم في مجال الطباعة الحجرية للرقائق منذ أربعة عقود ، هو حاليًا كبير مسؤولي التكنولوجيا في شركة Fractilia ، وهي شركة تصنع برمجيات لصناعة الرقائق. ويقول إن سبب نجاح ASML وشركائها - حيث لم يجرؤ الآخرون حتى على المحاولة - هو الإصرار المطلق.

قال لي إنهم قشروا البصل. يذهبون، أوه ، الآن لدي الطبقة التالية. ثم يسحبون تلك الطبقة. وبعد ذلك لا أحد يعرف حقًا ما إذا كانت فاسدة في جوهرها أم أنها ستكون جيدة. هم فقط يواصلون تقشيره. ويرجع الفضل في ذلك إلى أنهم لم يستسلموا أبدًا.

الآن وقد أصبح لديهم القدرة على الاستمرار في تصنيع مكونات أصغر وأصغر ، يمكن للشركات الكبرى مثل Intel و TSMC و Samsung بناء شرائح أكثر سرعة وأكثر توفيرًا للطاقة.

يقول Sam Sivakumar من Intel ، يمكن لمصممينا أن يتنفسوا الصعداء. قانون مور حي.

مع دخول المزيد من أجهزة EUV عبر الإنترنت واستهلاك تكلفتها ، ستتدفق التكنولوجيا إلى عدد متزايد من الأجهزة اليومية. المكان الوحيد الذي لن يستفيد من ثورة EUV - على الأقل على المدى القصير - هو الصين.

يوجد مصدر ضوء EUV في حجرة اختبار في غرفة نظيفة ASML.

خوفًا من أن تشكل الصين تهديدًا تكنولوجيًا ، ضغطت إدارتا ترامب وبايدن بنجاح على هولندا لمنع ASML من بيع آلات EUV للعملاء هناك.

هل يمكن للصين ببساطة أن تصنع أجهزة EUV الخاصة بها؟ يعتقد بعض مراقبي الصناعة أنه لا يمكن ذلك. تطلب نجاح ASML مع EUV تعاونًا هائلاً مع الشركات الموجودة في كل مكان من ألمانيا والولايات المتحدة إلى اليابان (مما يجعل المواد الكيميائية ضرورية لأقنعة الطباعة الحجرية). يرى ويل هانت ، المحلل في مركز الأمن والتكنولوجيا الناشئة في جامعة جورج تاون ، أن الصين ، كونها معزولة نسبيًا ، ليس لديها فرصة تذكر بمفردها. وهو يقول إنه لا يمكن أن يسد هذه الفجوة حقًا.

ما هو ممكن ، كما يقترح مراقبون آخرون ، هو أنه سيكون هناك ببساطة تأخير في قدرة الصين على شراء آلات EUV. عادةً ما يعمل صانعو الرقائق في الصين مع أدوات الجيل الأخير التي تعد خطوة وراء ما تستخدمه TSMC في تايوان ، أو Samsung في كوريا ، أو Intel في الولايات المتحدة ، كما يقول C.J. Muse. لذلك عندما يصبح الجيل الأول من ASML من آلات EUV أقدم قليلاً - بعد سنوات قليلة من الآن - وتنتقل الصناعة إلى طرز أحدث ، قد يُسمح للصين بشرائها.

وفي الواقع ، تعمل ASML بالفعل على نسخة محسّنة من الجهاز. سيكون قادرًا على تركيز ضوء EUV بدرجة أكبر بفضل ما يُعرف بفتحة عددية أعلى ، مما يسمح له بحفر المكونات التي يمكن أن يكون عرضها أقل من 10 نانومتر. ستحتوي آلة EUV عالية الجودة هذه على مرايا أكبر ، مما يتطلب زيادة حجم الماكينة بأكملها أيضًا. تعد Intel حاليًا العميل الأول لأحد هذه الأجهزة من الجيل التالي ، وتتوقع أن تبيع أول شرائحها المصنعة معها بحلول عام 2025.

يعتقد ASML ومعظم المراقبين أن EUV سيساعد في تقدم الرقائق حتى عام 2030 على الأقل ، وربما لفترة أطول. بعد كل شيء ، بعض الحيل التي طورها مصممو الرقائق للحفاظ على الأشعة فوق البنفسجية العميقة لفترة طويلة يجب أن تكون قابلة للتكرار باستخدام EUV.

ولكن في وقت ما في العقد القادم أو نحو ذلك ، ستبدأ رغبة صناعة الرقائق في تقليص الميزات في الاصطدام ببعض القيود المادية التي هي أصعب من تلك التي تتفوق عليها حاليًا. لسبب واحد ، تبدأ المشاكل الكمومية في الظهور. في الواقع ، لديهم بالفعل: يتعين على صانعي الرقائق الذين يستخدمون آلات EUV من ASML أن يتصارعوا مع الأخطاء العشوائية - أشعة ضوء EUV تنحرف بشكل طبيعي ، وتنتج أنماطًا غير صحيحة على الرقائق. هذه ليست مشاكل عرضية حتى الآن ، لكنها ستخرب الحواجب أكثر فأكثر كلما ذهب صانعو الرقائق الأصغر.

بافتراض ارتفاع زمالة المدمنين المجهولين إبقاء قانون مور حتى عام 2030 ، ما الذي سيتحمل المسؤولية بعد ذلك؟ يعتقد خبراء الصناعة أن ASML ستستمر في استكشاف الأجهزة ذات الفتحات الرقمية الأعلى ، مما يسمح لها بالتركيز على EUV على نقاط أصغر وأصغر. في الوقت نفسه ، يبحث مصممو الشرائح في استراتيجيات لتحسين الرقائق التي لا تعتمد كثيرًا على المزيد من التصغير ، مثل توسيع البنى لأعلى والبناء في البعد الثالث عن طريق تكديس طبقات الرقائق. فيما يتعلق بما قد تأتي به تكنولوجيا الطباعة الحجرية بعد الأشعة فوق البنفسجية ، لا أحد يعرف حتى الآن. لم يتكهن سيفاكومار من إنتل. قال ماك إنه خارج نطاق الإشعاع فوق البنفسجي ذي الدرجة العالية من NA ، لا يوجد شيء آخر قيد التطوير المكثف.

داخل غرفة ويلتون النظيفة ، أعطاني ويلان نظرة خاطفة على آلة EUV عالية NA الخاصة بهم. فتح بابًا ضخمًا على طراز المرآب وأدخلني إلى غرفة نظيفة جديدة ضخمة بحجم ملعب كرة قدم. في الزاوية كان هناك سرير شبكي من الألومنيوم اللامع. كانت مثل تلك التي رأيتها في آلة EUV الأصلية ، لكنها لم تعد مناسبة بشكل مريح في غرفة المعيشة ؛ كانت تقريبًا بحجم سيارة مترو أنفاق ووزنها بالكامل 17 طناً. كان عليهم تركيب رافعات في السقف لتحريكه.

قال ويلان إن هذه ستكون الآلة التي تساعدنا على الاستمرار في دفع قانون مور إلى المستقبل.

تصحيح: ذكر إصدار سابق من هذه المقالة أنه تم تثبيت أكثر من 1000 جهاز EUV. في الواقع ، هو أكثر من 100.

كليف طومسون صحفي في مجال العلوم والتكنولوجيا مقيم في مدينة نيويورك ومؤلف كتاب المبرمجون: تكوين قبيلة جديدة وإعادة صنع العالم.

التقنيات الفعلية

فئة

غير مصنف

تكنولوجيا

التكنولوجيا الحيوية

سياسة التكنولوجيا

تغير المناخ

البشر والتكنولوجيا

وادي السيليكون

الحوسبة

مجلة Mit News

الذكاء الاصطناعي

الفراغ

المدن الذكية

بلوكشين

قصة مميزة

الملف الشخصي للخريجين

اتصال الخريجين

ميزة أخبار معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا

1865

وجهة نظري

77 Mass Ave

قابل المؤلف

ملامح في الكرم

شوهد في الحرم الجامعي

خطابات الخريجين

أخبار

انتخابات 2020

فهرس With

تحت القبه

خرطوم الحريق

قصص لانهائية

مشروع تكنولوجيا الوباء

من الرئيس

غلاف القصه

معرض الصور

موصى به