"El caucho de Japón, la tierra de China, la ingeniería inversa del EUV"

En los últimos días, ha habido un gran debate sobre el plan Manhattan de China: la ingeniería inversa de las máquinas de litografía de ASML. Todos están muy emocionados, después de todo, es un gran avance.

Pero si desde un punto de vista técnico y de ingeniería, dejando de lado la ideología, se analiza detenidamente, se descubrirá que hay una brecha entre la realidad y el ideal, y no es pequeña.

Porque si se descompone el problema hasta el nivel ingenieril, a menudo se descubrirá que lo que determina si una ruta técnica puede mantenerse a largo plazo no son las tendencias más candentes de los medios, sino algunos detalles que parecen insignificantes.

Este artículo no discutirá los detalles del progreso de las máquinas de litografía inversa, sino que se centrará en una noticia reciente menos destacada: Japón ha impuesto restricciones a la exportación de resinas de fotograbado a China.

En procesos avanzados, el fotopolímero determina cuán amplio es el margen de proceso, si los defectos aleatorios pueden ser controlados y si la tasa de rendimiento se saldrá de control.
En otras palabras, hay EUV, pero no hay resina fotosensible, y no se puede aumentar el rendimiento de los procesos avanzados. Sin rendimiento, no se pueden reducir los costos; sin reducción de costos, no hay pedidos, al menos no pedidos internacionales.
Esta es también la razón por la cual el cartón de fotopolímero a menudo es más oculto que el equipo, pero en ingeniería es más letal.

No hay muchos expertos no académicos que comprendan la complejidad de la resina fotosensibilizadora japonesa, y tienden a pensar que es solo un material consumible en el proceso de fotolitografía. Pero la realidad es mucho más complicada.
El fotopolímero de alta gama japonés es muy difícil de replicar, ya que no solo se relaciona con ciertas estructuras químicas, sino que lo más importante depende de todo el proceso de producción y control, lineal, que no se puede iterar rápidamente, del proceso de producción y control.
Desde el control de materias primas de ultra alta pureza, la selección de rutas de reacción de polimerización, la gestión de la distribución de peso molecular, hasta la estadística de impurezas, la consistencia de lotes y el comportamiento de envejecimiento a largo plazo, este es un sistema altamente ingenierizado y en evolución a largo plazo.

Se ha construido lentamente a partir de décadas de muestras de fracasos.
Acumular una gran cantidad de patentes, pero lo más importante es que muchos juicios clave no se pueden incluir en los artículos, y también es difícil escribirlos completamente en las patentes.
Existen en la intuición del ingeniero sobre si "este lote puede entrar en la línea de producción", en el juicio de experiencia de la línea de producción sobre anomalías, en los parámetros de proceso y datos de fallas de décadas de la empresa, y en la mejora acumulada de los procesos y controles a lo largo del tiempo.

Este es el verdadero significado de "el pegamento japonés".
No es un producto en una botella, sino un conjunto completo de capacidades industriales de materiales en funcionamiento a largo plazo.

China tiene una referencia muy interesante en este aspecto, pero que a menudo se pasa por alto:
Capacidad de extracción y procesamiento de tierras raras.

En este caso, lo que realmente es difícil de replicar no son los recursos en sí, sino el sistema de procesos que separa, purifica y estabiliza minerales complejos en un estado utilizable para la ingeniería.
Este es un proceso que ha pasado por millones de fracasos y pruebas, que consume una gran cantidad de recursos y genera una gran cantidad de contaminación.

No es que Europa y Estados Unidos no tengan recursos de tierras raras, pero lo realmente difícil es transformar la "tierra" en materiales industriales que sean escalables, controlables y que se puedan suministrar a largo plazo.
Esa también es un conjunto de capacidades altamente ingenierizadas y acumuladas a lo largo del tiempo.
Esta es también la razón por la que las "tierras raras" de China pueden utilizarse para asfixiar a Europa y América.

Lo que es aún más interesante es que uno de los principales proveedores de resinas de fotolitografía en Japón, Shin-Etsu Chemical, también es uno de los pocos fabricantes en Europa, América y Japón con capacidad para refinar tierras raras. (Por qué Shin-Etsu Chemical puede producir tanto resinas de fotolitografía como tierras raras, lo discutiremos en otro artículo la próxima vez.)

De la misma manera, la resina de fotograbado de Japón también puede estrangular a China.
Debido a la interrupción del suministro de resinas fotosensibles en Japón, se ve afectada la estabilidad y el rendimiento.
En Japón, la resina fotosensible tiene un monopolio absoluto en la producción masiva de máquinas de litografía EUV. Es decir, solo tener EUV no es suficiente; sin la resina fotosensible japonesa, no se pueden producir chips de 5 nm o inferiores.

A pesar de que en el proceso de producción de 7nm en China actualmente no se utiliza EUV, sino 193nm ArF DUV con múltiples exposiciones, aún se ve limitada en el rendimiento por las resinas de fotograbado de alta gama de Japón:
Capa no crítica, el caucho nacional ya se puede usar de manera estable;
Capa clave secundaria, puede mezclarse entre productos nacionales e importados;
La clave que decide realmente el éxito o el fracaso sigue dependiendo en gran medida de la alta calidad de las resinas de fotólito ArF de Japón.
Porque la doble exposición amplifica cualquier pequeña inestabilidad.

Una vez que se interrumpa el suministro de resinas fotográficas de alta gama, el rendimiento ya bajo de 7 nm disminuirá aún más y los costos aumentarán aún más.

¿Por qué EUV depende más del revestimiento de fotolithografía japonés? Porque solo un revestimiento de fotolithografía maduro puede suprimir el ruido estadístico de los fotones y los defectos aleatorios.
La capa clave de 7nm realmente logra una sustitución nacional controlable, aún puede requerir múltiples ciclos de investigación y desarrollo, sin mencionar la resina de fotolitografía EUV necesaria para 5nm.

Uno de los ciclos de desarrollo generalmente toma de 3 a 5 años, ya que debe incluir al menos 5 fases que son casi imposibles de realizar en paralelo y que requieren mucho tiempo.
Exploración de fórmulas básicas
Laboratorio → Escalado de prueba
Integración de dispositivos (Escáner + Seguimiento)
Validación de línea de producción (nivel Wafer)
Verificación de estabilidad a largo plazo

Las partes de los dispositivos pueden ser evidentes, pero los materiales y el proceso son ocultos; las máquinas pueden ser desmanteladas y replicadas, pero el tiempo requerido para los materiales y la industria no se puede comprimir mediante ingeniería inversa.

El fotoresistente japonés, al igual que las tierras raras pesadas de China, es de ese tipo que solo puede mostrar su verdadero valor en la línea de producción, al final de la curva de rendimiento, en un funcionamiento estable sin accidentes durante varios años consecutivos.

Si se dice que el EUV inverso puede "abrir la puerta", lo que decide el fotoresistente es si se puede caminar por este camino durante mucho tiempo.

Y lo más cruel de todo esto relacionado con los semiconductores es que —
Un solo éxito no tiene significado, solo se considera un éxito si no hay problemas durante varios años consecutivos.

Y el tiempo, incluso en la era de la inteligencia artificial, sigue siendo lo único que no se puede descomponer mediante ingeniería inversa.