«Японський гель, китайська земля, реверс-інженерія EUV»

Останніми днями активно обговорюють китайський проект «Манхеттен» — зворотне інженерування фотолітографічних машин ASML, що викликало чималий ажіотаж. Усі дуже схвильовані, адже це є істотним проривом.

Але якщо подивитися на це з точки зору інженерних технологій, відкинути ідеологію і ретельно розібратися, то можна виявити, що між фактом і ідеалом є відстань, і вона не маленька.

Тому що, якщо дійсно розібрати проблему на інженерному рівні, виявиться, що те, чи може певний технологічний напрямок довго працювати, часто не залежить від найгарячіших медійних тем, а від деяких, на перший погляд, непомітних деталей.

У цій статті не обговорюються деталі прогресу зворотних фотолітографічних машин, а лише розглядається не така очевидна новина: Японія обмежила постачання фотолітографічних матеріалів до Китаю.

У передових технологіях фоточутливий матеріал визначає, наскільки широкий процесуальний вікно, чи можуть бути придушені випадкові дефекти, і чи не вийде з-під контролю кінцева якість.
Іншими словами, є EUV, але немає фотосенсибілізатора, тому неможливо підвищити вихід при сучасних технологічних процесах. Без виходу неможливо знизити витрати, якщо витрати не знизяться, не буде замовлень, принаймні не буде міжнародних замовлень.
Це також пояснює, чому картки фоточутливих матеріалів часто є більш прихованими, ніж картки обладнання, але насправді є більш летальними в інженерному плані.

Не багато аматорів науки розуміють складність японських фотолітографічних смол, звично вважаючи їх просто витратним матеріалом у процесі фотолітографії. Але насправді все набагато складніше.
Високоякісні фотоелементи з Японії дуже важко відтворити, оскільки це не тільки пов'язано з певними хімічними структурами, а й залежить від цілого процесу виробництва та контролю, який є лінійним, не може бути швидко ітераційним.
Від контролю над ультрачистими сирими матеріалами, вибору шляхів полімеризації, управління розподілом молекулярної ваги до статистики домішок, однорідності партії, довгострокової поведінки старіння — це високотехнологічна система з тривалим розвитком.

Це накопичувалося протягом десятиліть на основі невдалих зразків.
Накопичення великої кількості патентів, але що ще важливіше, багато ключових рішень не можна викласти в статті, і їх також важко повністю викласти в патентах.
Вони існують у інтуїції інженерів щодо того, чи може ця партія потрапити на виробничу лінію, існують у досвіді виробничої лінії щодо аномалій, існують у десятирічних технологічних параметрах і даних про невдачі підприємства, існують у покращеннях процесів і контролю, які накопичуються з часом.

Це справжнє значення "японського клею".
Це не пляшка продукту, а цілий комплект матеріальних промислових можливостей для тривалої роботи.

В Китаї є дуже цікавий, але часто ігнорований орієнтир у цій сфері:
Обробка та витягування рідкоземельних металів.

Серед цього насправді важко відтворити не самі ресурси, а технологічну систему, яка дозволяє відокремлювати, очищати та стабілізувати складні мінерали до стану, придатного для використання в інженерії.
Це процес, що проходить через мільйони невдач та повторних спроб, під час якого витрачається величезна кількість ресурсів і виникає велика кількість забруднення.

Європа та Америка не позбавлені ресурсів рідкоземельних металів, але насправді важко перетворити «землю» на промислові матеріали, які можна постачати у великих масштабах, які контролюються і мають тривале постачання.
Це також набір високоінженерних, тривало накопичуваних здібностей.
Ось чому китайські "рідкісні землі" можуть використовуватися для того, щоб затиснути шию Європі та США.

Цікаво, що один з основних постачальників фоточутливих матеріалів в Японії, компанія Shin-Etsu Chemical, також є одним із небагатьох виробників в Європі, США та Японії, які мають можливості з обробки рідкоземельних металів. (Чому Shin-Etsu Chemical може займатися як виробництвом фоточутливих матеріалів, так і рідкоземельних металів, ми детально розглянемо в наступній статті).

Так само, японські фоточутливі матеріали також можуть затримати Китай.
Через припинення постачання фоточутливих матеріалів з Японії це вплине на стабільність і вихід продукції.
А японські фоточутливі матеріали мають абсолютну монополію на масове виробництво EUV-літотипів. Іншими словами, навіть якщо є EUV, без японських фоточутливих матеріалів неможливо виготовити чіпи 5 нм і менше.

Навіть у поточному процесі виробництва 7 нм у Китаї, незважаючи на те, що не використовується EUV, а 193 нм ArF DUV з множинним експонуванням, він все ще обмежений у виході якісної продукції через японські високоякісні фотоплівки:
Некритичний рівень, вітчизняна гума вже може стабільно використовуватися;
Наступний ключовий шар, може бути змішане використання вітчизняного та імпортного.
Справжній ключовий рівень, що визначає успіх чи невдачу, все ще сильно залежить від висококласного ArF фоточутливого матеріалу Японії.
Оскільки множинна експозиція посилює будь-які незначні нестабільності.

Якщо постачання високоякісних фотополімерів буде припинено, то вже не надто високий вихід на 7 нм ще більше знизиться, а витрати ще більше зростуть.

Чому EUV більше залежить від японських фотополімерів? Тому що тільки зрілі фотополімери можуть подавляти статистичний шум фотонів та випадкові дефекти.
7-нм ключовий шар справді реалізує контрольовану вітчизняну заміну, все ще може вимагати кількох циклів досліджень та розробок, не кажучи вже про EUV фоточутливий матеріал, необхідний для 5-нм.

Один з етапів розробки зазвичай займає 3-5 років, оскільки він повинен містити принаймні 5 етапів, які майже неможливо виконати паралельно і які займають багато часу:
Основи формули
Лабораторія → Пілотне збільшення
Обʼєднання пристроїв (Сканер + Трек)
Перевірка виробничої лінії (рівень Wafer)
Довгострокова стабільність верифікації

Частини обладнання можуть бути очевидними, але матеріали та технології є прихованими; машини можуть бути розібрані, відтворені, але час, необхідний для матеріалів та промисловості, не може бути стиснутий за допомогою зворотного інжинірингу.

Японські фотополімери, як і важкі рідкоземельні елементи Китаю, є такими, що здатні проявити свою справжню цінність лише на виробничій лінії, на кінці кривої виходу, під час стабільної роботи без аварій протягом багатьох років.

Якщо кажуть, що зворотний EUV, можливо, зможе "відкрити двері", то фоточутливий матеріал визначає, чи зможемо ми довго йти цим шляхом.

А в справі з напівпровідниками найжорстокішим є те, що —
Один успіх не має значення, лише якщо протягом кількох років не виникає проблем, це вважається успіхом.

А час, навіть в епоху штучного інтелекту, є єдиним, що не може бути зворотно інженеровано.