ASML: чому від неї залежать всі компанії світу

Це найдорожча технологічна компанія у світі. Від неї залежить доля таких технологічних гігантів, як Apple, Nvidia, Samsung та Intel. Її зникнення на декілька десятків років загальмувало б цифровий процес. 

Як з’явилася компанія ASML, чим її продукція унікальна та незамінна, як виробляють процесори та що таке ультрафіолетова літографія, розповіли у новому відео. 



Ділимося найцікавішими фактами. 

Що «під капотом» iPhone 

Були часи, коли чи не кожен мікроелектронний виробник власноруч збирав мікросхеми, а дехто ще й випускав з ними техніку власного виробництва. Наприклад, Toshiba. Але процесори ставали дедалі складнішими, а значить і дорожчими. Тому вже наприкінці 90-х було очевидно: навіть у маленькому чипі, розміром з копійчину, вигідніше використовувати вже створені компоненти різних компаній, ніж все розробляти самому.

Тож будь-який сучасний смартфон — це результат роботи кількох десятків компаній. 

Наприклад, мікросхема iPhone XS містить комплектуючі не лише Apple, а й Intel, Broadcom, ST Microelectronics, NXP. Так, з останніх моделей Apple прибрала чи не всі компоненти інших компаній, замінивши їх власними. Ну як власними. Процесори для Apple, зокрема М2 під маки, збирає тайванська компанія TSMC. А вона, своєю чергою, використовує літографічні степпери того самого сірого кардинала — голландської компанії ASML. І вони відіграють ключову роль у створенні процесорів.

У сучасних телефонах, ПК, ноутбуках, автомобілях тощо використовують процесори, які виготовляє ASML

Як виготовляють процесори 

Щоб осягнути унікальність голландських степперів, давайте спочатку розберемося, як взагалі збирають процесори.

На першому етапі процесор проєктують. Тобто планують архітектуру, визначають кількість транзисторів, їхнє розташування та зв'язки між ними. Потім формують маску або шаблон. Це спеціальна пластина з вирізаним зображенням транзисторів та інших потрібних елементів. Нарешті відбувається магія літографії. Це технологія друку чи проєктування цієї маски на мікросхеми.

Суть літографії можна розкрити через символ Бетмена, що світить у небі. Пластина у прожекторі — це розроблений шаблон. Додають систему лінз і застосовують замість звичайного променя світла ультрафіолет. Маску проеціюють на максимально гладеньку пластину з кремнію, що вкрита фоторезистом. Це спеціальний світлочутливий полімерний матеріал. Роблять це у стерильній лабораторії, щоб у промінь чи на схему не потрапили пил, відмерлі мікрочастинки шкіри тощо. 

Таким чином отримують необхідний малюнок на пластині. Далі інтегрують у нього іони, щоб змінити електричні властивості в окремих областях. Потім непотрібні елементи видаляють. Це дозволяє сформувати транзистори та інші структури. Так отримують один шар, але їх може бути десять, тридцять, сто. Кожен шар також складається з безлічі транзисторів та контактів між усіма ними. Наостанок тестують процесор і, якщо все працює, закривають його захисним корпусом.

Мільярди транзисторів 

Одна з класифікацій процесорів – за технологією виробництва. Вона вимірюється у нанометрах. Але мова тут не про розмір самого процесора, а про кількість транзисторів на одній і тій самій площі.

Чим транзисторів більше, тим швидше та краще працює процесор. Тож головний технологічний прогрес, який ми отримали завдяки степ перам — це поступове зменшення розмірів транзисторів разом із відстанню між ними. Власне це і дозволило збільшити їхню кількість. Наприклад, на першому комерційному процесорі Intel 4004 було понад дві тисячі транзисторів. І створювали його на базі техпроцесу у 10 тисяч нанометрів.

У 2020 році 12-й айфон став найпотужнішим смартфоном у світі. Все, тому що Apple перша використала у серійному виробництві 5-нанометрові процесори. В них кількість транзисторів сягнула захмарних майже 12 мільярдів. 

Від ртутного світла до світла 

Літографія дозволяє створювати дуже дрібні та детальні структури. І одним з основних елементів цього процесу є джерело світла. 

У 80-х роках використовували ртутну лампу. Ртуть нагрівали струмом до стану плазми, яка випромінювала світло з довжиною хвилі у 436 нанометрів. На початку 90-х виробники опанували ультрафіолетову літографію з довжиною хвилі у 193 нанометри.

А в нульові стався бум мініатюрних гаджетів — мобільні телефони, MP3-плеєри, цифрові камери. Ті ж комп’ютери стали доступнішими. 

Все це потребувало все більш потужних чіпів. Тому ASML зосередилися на розробці технології екстремального ультрафіолетового випромінювання з довжиною хвилі 13,5 нанометра. Адже чим коротша довжина хвилі, тим вища роздільна здатність. Промінь ультрафіолету можна порівняти із графітним олівцем. Чим він тонший, тим тоншими і акуратнішими будуть намальовані лінії.

Не менш важливим елементом за довжину хвилі світла є лінза, через яку воно проходить. Це скло також має бути максимально гладким. Якщо збільшити таку лінзу до розмірів, наприклад, Німеччини, то максимально допустимий рівень шорсткості повинен складати не більше 1 мм. Безпосередньо для лінзи у степпері цей показник має бути меншим за 0,5 нанометра, що дуже близько до розмірів атома.

Історія появи компанії ASML 

ASML заснували у невеличкому містечку Велдховен, що в Нідерландах, у 1984 році як спільне підприємство Philips та виробника чіпів ASM International.

Як і інші компанії, ASML починала робити степпери з ртутними лампами, потім перейшла на DUV-літографію. Але голландці швидше за інших зрозуміли, що ця технологія не зможе довго забезпечувати зростаючий попит технологічних гігантів. 

Тож вони почали розробляти технологію екстремального ультрафіолетового випромінювання або ж EUV. 

Але компанія постійно відставала від графіків. І у 2006 році могла похизуватися лише двома прототипами з безліччю недоліків. Спливав час, а з ним і гроші. Тоді у 2012 році Intel, Samsung і TSMC інвестували в ASML 6 млрд доларів. І нарешті у 2017 році EUV-степпер був готовий до серійного виробництва. Це величезна машина, яка важить понад 180 тонн. В ній сто тисяч деталей, 3 тисячі кабелів та 40 тисяч гвинтиків.

Під час роботи степпера кілька високоенергетичних лазерів через лінзи б’ють по краплях рідкого олова. Перший, не дуже потужний спалах, сплющує краплю в млинець, а другий — вже спалює її. За секунду цей процес повторюється 50 тисяч разів. Діаметр кожної краплі — 25 мікронів. Тому в ASML порівнюють точність лазера із ліхтариком, який із Землі влучає своїм променем у монетку на Місяці.

Після обробки лазером виникає плазма, яка випромінює світло у потрібні 13,5 нанометрів. Параболічне дзеркало збирає це світло та фокусує його. Потім воно відбивається від маски та проеціює візерунок на кремнієву пластину. 

EUV-степпер ASML 

Цікаві факти про ASML 

ASML необхідно чотири місяці, щоб зібрати один степпер. Тому щороку вона виготовляє до 40 таких машин. 

Щоб доставити один степпер, потрібні 40 контейнерів. І водночас їх можуть перевезти три «Боїнги 747» та 20 вантажівок. 

ASML використовує лінзи та дзеркала німецької компанії Zeiss, яка збирає об’єктиви для Sony, Nikon та Canon.

У 2015 році ASML мала 15 тисяч співробітників та прибуток у 6,3 млрд євро. За шість років працівників побільшало вдвічі, а прибутку — втричі. До 18,6 млрд євро. У 2025 році компанія, за її власними прогнозами, заробить 40 млрд євро, а у 2030 році — 60 млрд євро. 

Загальна частка ASML на ринку літографії складає понад 90%. Залишки ділять між собою Canon та Nikon.

Зараз компанія випускає два EUV-степпери. ASML Twinscan NXE:3400C для 7- та 5-нанометрових процесорів. Коштує він від 120 мільйонів доларів.

Це, власне, відповідь на питання — чому ASML є монополістом у цій галузі. Степпер дуже дорогий, а щоб розробити таку технологію з нуля і водночас ще кращу — потрібні з десяток років і десятки мільярдів доларів. Але не факт, що комусь вдасться не те, що випередити, а наздогнати ASML

Бо другий степпер, який вона продає за 200 мільйонів  доларів — це модифікація Twinscan NXE:3600D. Вона може робити чіпи для 3-нанометрових процесорів.

Intel, Samsung та TSMC вже анонсували вихід процесорів наступного покоління. Це має статися вже цього або наступного року. 

США заборонила, за іншими джерелами, попросила ASML не продавати свої степпери Китаю. Це сталося ще у 2019 році, коли тодішній президент США Дональд Трамп розпочав торгову війну з Китаєм. Байден, який змінив Трампа, цю заборону продовжив, через китайсько-тайванську кризу та повномасштабне вторгнення росії в Україну. 

У лютому 2023 року ASML звинуватила колишнього співробітника з Китаю у крадіжці запатентованої технології. А у червні 2023 року стало відомо, що ASML не бере на роботу громадян Китаю, а також громадян росії, Ірану, Куби та ще двох десятків країн.

Одна правозахисна організація Нідерландів побачила в цьому дискримінацію. Проте Інститут з прав людини з цим не погодився. У своїх степперах ASML використовує зокрема і американські технології та компоненти. Водночас перелічені країни є у санкційному списку США. Тож Інститут вирішив, що компанія просто виконує умови санкційної політики Сполучених Штатів щодо експорту, які у деяких випадках можуть поширюватися і за межі США.

Компанія ASML уклала партнерство з Van Gogh Brabant та Van Gogh Museum

У 2021 році компанія почала співпрацювати з музеями Van Gogh Brabant та Van Gogh Museum. Картини художника з часом втрачають яскравість та псуються. ASML створила датчики, які сканують картини та визначають, що на них впливає: світло, волога чи перепади температури. Це дозволяє вчасно їх реставрувати. 

ASML має гарну корпоративну культуру. Ось декілька прикладів: ексклюзивний музичний фестиваль з K-pop зірками для працівників та їхніх родин у Кореї, програма з догляду за здоров'ям, яка включає йогу, біг та фізіотерапію, а також спільноти за інтересами. Існує, наприклад, група Atypical, де обговорюються питання нейрорізноманіття та захищаються права осіб з аутизмом, СДУГ і дислексією.