Стартап Inversion Semiconductor из Сан-Франциско сообщил о продвижении в разработке компактного ускорителя частиц, который в принципе способен решить все современные проблемы производства чипов — от наращивания скорости производства до снижения размеров транзисторов. Компактный ускоритель — это путь к мощнейшему источнику света для полупроводниковых литографов, но проблем с его разработкой так много, что перспективы проекта пока неясны.

Художественное представление «лазерных» литографов. Источник изображения: Inversion Semiconductor

Сегодня безусловным лидером в создании передовых литографов является нидерландская компания ASML. Она освоила производство литографов с длиной волны 13,5 нм. Для создания света в них используется лазерно-продуцируемая плазма. Источник света интегрирован в литограф, что позволяет создавать достаточно компактные установки. Существенным ограничением является мощность излучения, которая пока удерживается на уровне 250 Вт. Это тормозит скорость обработки пластин и производительность. Компания ASML находится на раннем этапе разработки 1-кВт источников света EUV, обещая в ближайшей перспективе начать внедрение 740-Вт источников.

Предложенный компанией Inversion Semiconductor ускоритель частиц теоретически способен создать свет с длиной волны от 20 до 6,7 нм мощностью порядка 10 кВт. Подобный источник света может в 15 раз ускорить обработку полупроводниковых пластин на одной установке или запустить параллельную обработку с меньшей скоростью одновременно на дюжине сканеров, что существенно снизит себестоимость производства.

Предложение Inversion Semiconductor — это не новость. Учёные и индустрия разрабатывают проекты по использованию ускорителей частиц для целей полупроводниковой литографии. В России, например, для сходных задач рассматривают вариант восстановления зеленоградского синхротрона. Над похожими проектами работают китайцы, а также заинтересовалась Intel. Изюминка проекта Inversion Semiconductor — компактность. Предложенная компанией установка в 1000 раз меньше задействованных в науке синхротронов. По сути, она может быть размером с обычный письменный стол, а это прямой путь в промышленные цеха для массового производства чипов.

Проект Inversion Semiconductor поддержала инвестиционная компания Y-Combinator, которая выделила помещения для разработки. В основе будущей установки лежит хорошо известное физикам явление лазерно-волнового ускорения (LWFA, Laser Wakefield Acceleration). Это метод ускорения заряженных частиц, например, электронов, с использованием интенсивных лазерных импульсов. Мощный лазерный луч проходит через плазму, создавая в ней сильные электрические поля, которые формируют плазменную волну (или «кильватерную волну»). Эти поля могут ускорять частицы до релятивистских энергий на очень коротких расстояниях — порядка сантиметров, достигая градиентов ускорения в тысячи раз выше, чем в традиционных ускорителях.

Главная проблема с технологией LWFA заключается в необходимости создания лазеров петаваттной мощности с длительностью импульса порядка фемтосекунд (10^-15). Подобные установки не отличаются компактностью и крайне сложны в эксплуатации. Для научных целей это приемлемо, но для массового использования — однозначно нет.

Однако даже если нужные лазеры будут созданы, остаётся ещё одна нерешённая проблема. На практике генерируемый таким образом свет отличается нестабильностью энергий отдельных частиц и широкими углами их расхождения. Хотя в целом свет получается когерентным и монохромным, управлять им чрезвычайно сложно. Также у молодой компании нет опыта создания литографических установок в целом, что либо заставит их обратиться к той же ASML (или к Canon и Nikon), либо потребует титанической работы по разработке с нуля собственной литографической установки. Обе перспективы представляются сомнительными, что вносит значительную долю неопределённости в судьбу проекта.

Помимо создания литографических установок компактный источник рентгеновского света можно использовать для неразрушающего контроля качества продукции, что уже заинтересовало компанию Tesla, а также для проверки полупроводниковых масок, что нашло понимание у компании Applied Materials. Остаётся надеяться, что рано или поздно необходимость уменьшить масштаб техпроцесса производства чипов или потребность в снижении себестоимости производства заставят обратить внимание на компактные ускорители частиц.

В ходе технологической конференции Bank of America руководителю продуктового направления Intel Мишель Джонстон Холтхаус (Michelle Johnston Holthaus) пришлось отвечать на ряд вопросов, касающихся развития подразделения Intel Foundry, которое специализируется на выпуске чипов. Как выясняется, перспективные техпроцессы Intel 18A и 14A изначально не учитывали возможность привлечения к ним внешних клиентов.

Источник изображения: Intel

Отсутствие значительного количества крупных клиентов у контрактного подразделения Intel продолжает оставаться проблемой для компании, как можно понять из прошлых заявлений руководства. В словах Мишель Джонстон Холтхаус на этой неделе тоже сквозила подобная озабоченность. «Если вы говорите о 14A и 18A, мы начали осваивать эти техпроцессы не как предназначенные для контрактного производства. И только потом мы начали пытаться их приспособить под эти цели», — призналась представительница Intel, которая ещё несколько месяцев назад вместе со своим коллегой временно исполняла обязанности генерального директора компании.

По её словам, продвижение на этом пути подразумевает разный уровень инвестиций, поскольку адаптация техпроцессов под нужды потенциальных внешних клиентов неизбежно влечёт дополнительные расходы со стороны Intel. Именно ориентация на потребности сторонних заказчиков подтолкнула компанию к разработке различных версий техпроцесса 18A типа того же 18AP. Как только одна из вариаций нового техпроцесса будет устраивать потенциальных заказчиков, цель можно считать достигнутой. Нынешнему генеральному директору Лип-Бу Тану (Lip-Bu Tan), по словам его коллеги, придётся анализировать все эти моменты в ходе попыток оптимизации расходов компании.

Нужно также учитывать, что сейчас у Intel в работе находятся проекты по строительству новых предприятий на общую сумму $50 млрд. Часть из них заведомо закладывалась под работу с будущими заказчиками, поэтому от их наличия будет зависеть судьба отдельных проектов в этой сфере, и способность Intel оправдать соответствующие затраты. В этом году профильные расходы достигли минимального уровня за предыдущие четыре года, поскольку она пытается провести аудит и найти пути выхода из возникшего затруднительного положения.

При всём этом сама Мишель Джонстон Холтхаус весьма довольна тем, в каком состоянии сейчас находится контрактный бизнес Intel. Она уверена, что этому подразделению удастся выйти на безубыточность к концу 2027 года. «Я думаю, что для продолжения инвестиций мы должны показать, что можем привлечь других клиентов», — пояснила Холтхаус.

Она также добавила, что Intel готова выпускать чипы самостоятельно, когда это себя оправдывает, но при этом продолжает пользоваться услугами не только TSMC, но и Samsung. При выпуске процессоров Nova Lake, как уже отмечалось сегодня, Intel будет сочетать собственные производственные мощности и услуги TSMC, поскольку это позволит предложить «более конкурентоспособный продукт потребителям». Как пояснила госпожа Холтхаус, «я хочу, чтобы его выпускало Intel Foundry, но если оно не может произвести лучший продукт, то я не буду его изготавливать силами этого подразделения».

В долгосрочной перспективе, по словам представительницы компании, Intel считает вполне комфортным соотношение выпуска собственных компонентов на мощностях Intel Foundry и за их пределами, описываемое пропорцией «70:30», но у этой формулы нет конкретных сроков достижения.

Физики из университета Лафборо (Великобритания) создали изображение скрипки длиной всего 35 и шириной 13 микронов — оно меньше, чем размер тихоходки или диаметр среднего человеческого волоса. Сыграть на таком инструменте пока не получится.

Источник изображений: lboro.ac.uk

«Хотя создание самой маленькой в мире скрипки может показаться забавным и несерьёзным занятием, многое из того, что мы узнали в процессе, в действительности заложило основу для исследований, которые мы сейчас проводим. Наша система нанолитографии позволяет нам работать над экспериментами по исследованию материалов разными способами — с помощью света, магнетизма и электричества — и наблюдать за их реакцией. Поняв, как ведут себя материалы, мы сможем начать применять эти знания для разработки новых технологий, будь то повышение энергоэффективности при вычислениях или новые способы получения энергии», — рассказала профессор Келли Моррисон (Kelly Morrison), декан Физического факультета в Лафборо.

Изображение (справа) по сравнению с толщиной человеческого волоса (слева)

В рамках проекта учёные использовали аппарат под названием NanoFrazor, предназначенный для нанообработки материалов с применением технологии термальной сканирующей зондовой литографии. Если упростить, на машине установлен миниатюрный игольчатый наконечник, который при нагревании может «рисовать» линии и узоры наномасштабов на материалах. При помощи этого аппарата исследователи вытравили крошечное изображение скрипки, которое затем залили тонким слоем платины. При взгляде невооружённым глазом это некий объект размером с пылинку, но под микроскопом рисунок можно разглядеть в подробностях.

Нанолитография сыграет решающую роль в создании микрочипов нового поколения и других вычислительных технологий, а также в энергосбережении — она обеспечит дальнейшее развитие необходимых решений.

Переход на более «тонкие» техпроцессы сам по себе уже не способен снижать себестоимость полупроводниковой продукции прежними темпами. TSMC в следующем полугодии приступит к массовому производству 2-нм чипов, и одна кремниевая пластина с ними будет обходиться в $30 000. Дальнейшая миграция на новую литографию поднимет стоимость пластины до $45 000.

Источник изображения: ASML

Для сравнения, себестоимость одной 300-мм пластины с 3-нм чипами TSMC составляет примерно $20 000. А более старые 5-нм чипы обходились примерно в $16 000 за пластину. То есть можно заметить, что рост стоимости ускорился при переходе от одного поколения техпроцессов к другому.

Прогноза касательно себестоимости в $30 000 за 2-нм пластину придерживается тайваньский ресурс Commercial Times. Разработка 2-нм чипа в среднем будет обходиться клиентам TSMC в $725 млн. Но даже рост сопутствующих затрат не заставит компании отказаться от перехода на 2-нм техпроцесс. Ещё в апреле AMD заявила, что компоненты серверных процессоров EPYC семейства Venice будут выпускаться TSMC по 2-нм технологии. В декабре, как ожидается, MediaTek представит свои 2-нм процессоры семейства Dimensity 9600.

Apple и Qualcomm в следующем году должны представить свои флагманские чипы (A20/M6 и Snapdragon 8 Elite Gen 3 соответственно), которые также будут выпускаться по 2-нм технологии. Облачные гиганты последуют их примеру, к 2027 году предложив свои 2-нм процессоры: Google представит новый Trillium v8, AWS (Amazon) — Trainium 4, а Microsoft ещё во второй половине 2026 года — свои процессоры Maia 300. Облачным провайдерам важно выпускать современные процессоры собственной разработки, чтобы снизить зависимость от AMD и Nvidia, а также оптимизировать затраты. В текущем году лидером по приросту поставок собственных процессоров станет AWS.

Летом 2022 года компания Samsung Electronics с радостью сообщила, что приступает к массовому производству 3-нм продукции, опередив крупнейшего конкурента в лице TSMC на несколько месяцев. Проблема заключается в том, что по прошествии трёх лет уровень брака на профильных производственных линиях по-прежнему достигает 50 %.

Источник изображения: Samsung Electronics

По крайней мере, на этом настаивают источники южнокорейского издания Chosun Daily. Подобное положение дел с освоением 3-нм техпроцесса уже заставило некоторых клиентов отвернуться от контрактных услуг Samsung. Например, компания Google свои процессоры Tensor G5 будет выпускать силами конкурирующей TSMC по той же 3-нм технологии, причём контракт с тайваньским подрядчиком заключён сроком на ближайшие три или пять лет.

На конвейере TSMC показатели выхода годной 3-нм продукции превышают 90 %, что и обеспечивает привлекательность её услуг для разработчиков чипов. По 3-нм технологии TSMC будет выпускать процессоры M5 для Apple, процессоры Snapdragon 8 Elite Gen 2 для Qualcomm, процессоры Rubin для Nvidia и процессоры Dimensity 9500 для MediaTek. В следующем году компания готовится предложить заказчикам услуги по выпуску 2-нм чипов.

Тем не менее, для процессоров Exynos 2500 собственной разработки Samsung как раз будет использовать 3-нм технологию производства. Помимо прочего, это позволит компании сократить расходы на закупку процессоров Qualcomm для своих смартфонов. В прошлом квартале они выросли на 37 %, поэтому хотя бы частичная миграция на использование собственных процессоров поможет южнокорейскому гиганту сократить издержки.

При этом в рамках 7-нм и 5-нм технологий конкуренцию Samsung уже начинают составлять даже китайские компании типа SMIC. Более того, по некоторым данным, Huawei готовится предложить своим партнёрам 3-нм техпроцесс в двух вариантах исполнения уже в следующем году.

В интервью корреспонденту ТАСС президент Российской академии наук Геннадий Красников рассказал, что российские 193-нм литографические сканеры для производства передовых чипов появятся примерно через два года. Более того, учёный отметил, что в основу установок будут положены классические эксимерные источники света, а не твердотельные лазеры со всеми сопутствующими преимуществами.

Процесс создания российского литографа. Источник изображения: Зеленоградский нанотехнологический центр (ЗНТЦ)

Некоторое время назад стало известно, что российские и белорусские исследователи совместно создали литографический сканер с длиной волны 350 нм. Классические литографы прошлых десятилетий использовали в качестве источника света для таких разрешений ртутные лампы с длиной волны 365 нм. Российско-белорусская разработка опиралась на передовой твердотельный источник света — лазер, что позволило сделать сканер более компактным, эффективным и экономичным.

Можно было бы ожидать, что дальнейшее сокращение длины волны и повышение разрешения проекции пойдут тем же путём. Однако пока этого не произойдёт. Как признался господин Красников, сейчас учёные работают с эксимерными источниками света на базе смеси благородных газов — в частности, с источниками на длине волны 248 нм и, в ближайшей перспективе, с классическими 193-нм лазерами.

Это путь, уже испытанный мировыми производителями литографического оборудования, и он надёжен, как швейцарские часы. Газовые лазеры уступают по совокупным эксплуатационным характеристикам полупроводниковым, но они уже сегодня способны обеспечить то, что твердотельным лазерам ещё долго будет не под силу, — мощность излучения, достаточную для высокой производительности литографических установок.

Обнадёживающим можно считать заявление о вероятном появлении 193-нм сканеров уже через два года. Такое оборудование всё ещё способно выпускать передовые чипы вплоть до 5-нм техпроцессов. Полупроводниковая промышленность приблизилась к границам возможного в снижении технологических норм, и сканеры с длиной волны 193 нм ещё долго будут оставаться передовыми установками.

Финансовый директор Intel Дэвид Зинснер (David Zinsner) на этой неделе ещё раз подчеркнул, что компания надеется вывести свой производственный бизнес на безубыточность по итогам 2027 года. Решающую роль в этом должно сыграть использование сторонними клиентами новейшей технологии Intel 14A.

Источник изображения: Intel

Соответствующие заявления представитель компании сделал на технологической конференции J.P. Morgan, как поясняет Tom’s Hardware. Зинснер воспользовался своим участием в мероприятии для ставшего уже дежурным заявления о намерениях Intel начать выпуск процессоров Panther Lake по технологии 18A до конца текущего года, с акцентом на масштабирование массового производства в следующем году. По данной технологии также будут выпускаться компоненты серверных процессоров Xeon семейства Clearwater Forest. Как считает финансовый директор Intel, если техпроцесс 18A понравится сторонним клиентам, по итогам освоения компанией техпроцессов 18A-P и 14A заказчиков станет только больше.

«Я полагаю, что мы должны увидеть больше внешних заказов на 14A, чем на 18A», — заявил Зинснер, признав, что сейчас объёмы таких заказов невелики. Как мы уточняли ранее по итогам знакомства с квартальным отчётом Intel, на протяжении первых трёх месяцев текущего года исполнение сторонних заказов принесло подразделению Intel Foundry менее одного процента всей выручки.

Зинснер пояснил, что решение начать использование оборудования с высокой числовой апертурой (High-NA EUV) в рамках техпроцесса 14A будет означать существенный рост затрат для Intel, но компания надеется, что приносимые данной технологией преимущества позволят всё окупить.

Как и прочие контрактные производители чипов, Intel не торопится раскрывать имена своих клиентов. Она надеется выпускать больше компонентов для собственных процессоров Panther Lake и Nova Lake по сравнению с их предшественниками. Это позволит не только сильнее загрузить собственные производственные мощности, но и улучшить прибыльность производственного бизнеса. После 2027 года, как надеется руководство Intel, контрактное подразделение должно приносить устойчивую прибыль. На безубыточность оно выйдет в течение 2027 года, по мнению финансового директора компании. Для этого Intel Foundry должна получать всего несколько миллиардов долларов выручки ежегодно от обслуживания сторонних заказчиков.

Если в рамках техпроцесса Intel 18A основным источником выручки данного подразделения останется сама материнская корпорация, то в рамках Intel 14A акцент уже должен сместиться в сторону внешних заказчиков. Компания также будет полагаться в стремлении выйти на безубыточность по контрактному производству на услуги по упаковке чипов, зрелые техпроцессы типа Intel 16, а также сотрудничество с компаниями UMC и Tower. Привлечение внешних источников капитала в эту сферу тоже будет практиковаться, как и при прежнем руководстве. Подразделению Intel Foundry при этом придётся доказывать свою технологическую состоятельность в конкуренции с внешними подрядчиками в борьбе за заказы самой Intel.

Одним из индикаторов динамики развития полупроводниковой отрасли являлась деятельность нидерландской компании ASML, которая снабжает весь мир литографическими сканерами, используемыми при производстве чипов. Сейчас она призналась, что ускорит строительство нового производственного кампуса в Эйндховене на пару лет.

Источник изображения: ASML

Как отмечает Tom’s Hardware со ссылкой на нидерландские СМИ, о соответствующих планах ASML стало известно по итогам презентации с участием городских властей Эйндховена и представителей данной компании. Около 20 000 новых сотрудников, как отмечено в презентации ASML, должны переехать в новый кампус с 2028 года, на пару лет раньше, чем планировалось изначально.

Обнародованные ASML документы указывают, что новый кампус расположится на площади 357 000 квадратных метров, сопоставимой с 50 футбольными полями, для местных проектов это просто невиданный размах. Кампус займёт территорию между аэропортом Эйндховена и шоссе A2, которое будет оборудовано соответствующими развязками и съездами для доставки сотрудников ASML на работу. Помимо нового автобусного маршрута, за удобство перемещения персонала будут отвечать две парковки для автомобилей и велосипедная стоянка на 4200 мест.

Власти Нидерландов в прошлом году уже выделили 1,7 млрд евро на субсидирование данного проекта, но на пути его реализации остаются определённые сложности. Например, энергетическая инфраструктура региона не совсем готова к появлению нового крупного промышленного потребителя, не до конца улажены вопросы с правом собственности на земельные участки, занимаемые кампусом. Общественные слушания, возможно, выявят определённые проблемы социального и экологического характера, но это неизбежно при реализации проектов подобного масштаба. Главное, что ASML поверила в рост рынка литографического оборудования и готова ускорить расширение производства с целью более полного удовлетворения спроса.

Недавний квартальный отчёт Intel показал, что от оказания услуг по контрактному производству чипов для сторонних заказчиков компания получает менее процента всей выручки на данном направлении, но в этом году всё может измениться. Во всяком случае, некоторые источники утверждают, что Intel уже заключила контракт с Microsoft на выпуск для неё чипов по технологии 18A.

Источник изображения: Intel

Об этом сообщает южнокорейское издание Chosun Daily со ссылкой на осведомлённые источники. Intel намерена наладить стабильный выпуск чипов по технологии 18A в массовых количествах до конца второго полугодия, а потому уже сейчас способна заключать долгосрочные контракты с потенциальными клиентами. Как отмечается, в их число уже вошла корпорация Microsoft, которая разрабатывает собственные процессоры для применения в центрах обработки данных, а в будущем к ней может присоединиться и корпорация Google. Более того, даже Nvidia упоминается в качестве потенциальных клиентов Intel на данном направлении, переговоры между компаниями уже ведутся.

Назначение Лип-Бу Тана (Lip-Bu Tan), который имеет большой опыт работы в Cadence Design Systems, на должность генерального директора Intel, по мнению некоторых экспертов, было призвано усилить связи компании с потенциальными заказчиками на контрактном направлении. Не исключено, что прогресс в этой сфере наконец-то наладился, и теперь перед Intel стоит важнейшая задача оправдать доверие своих клиентов. Помимо предполагаемого прогресса Intel в сфере литографии, в пользу усиления сотрудничества с американскими разработчиками чипов говорят и геополитические факторы типа «импортозамещения» и роста таможенных тарифов. Свои чипы по технологии 18A компания Intel будет производить на территории США, для многих потенциальных заказчиков это станет решающим фактором в выборе подрядчика.

Во время конференции Foundry Direct 2025 компания Intel представила стратегию использования литографии High-NA EUV в рамках будущего техпроцесса 14A. Хотя компания активно продвигает внедрение этой технологии, окончательное решение о её применении в серийном производстве пока не принято. Вместо этого Intel разработала резервный план, предусматривающий использование стандартной литографии Low-NA EUV для техпроцесса 14A. По словам представителей компании, оба варианта не потребуют модификации дизайнов чипов со стороны заказчиков.

Источник изображения: Rubaitul Azad / Unsplash

При этом второй экземпляр установки High-NA EUV — ASML Twinscan NXE:5000 стоимостью около $400 млн — уже установлен на заводе Intel в штате Орегон, но пока не используется в производственной среде из-за продолжающейся стадии разработки. По этой причине компания воздерживается от преждевременного внедрения, минимизируя технологические риски. Исполнительный вице-президент Intel, технический директор по операциям и руководитель подразделения Foundry Technology and Manufacturing доктор Нага Чандрасекаран (Naga Chandrasekaran) подчеркнул, что производственные параметры High-NA соответствуют ожиданиям, и компания внедрит эту технологию тогда, когда сочтёт это целесообразным.

Доктор Чандрасекаран сообщил, что у Intel уже имеются данные по техпроцессам 14A и 18A, демонстрирующие паритет по выходной годности между решениями на базе Low-NA EUV и High-NA EUV. По его словам, компания продолжает техническое совершенствование обоих направлений и обеспечивает наличие альтернативных маршрутов, чтобы выбранное решение минимизировало риски для клиентов и обеспечивало наилучший результат с точки зрения стратегических задач.

Компания планирует использовать High-NA EUV лишь для ограниченного числа слоёв в рамках техпроцесса 14A, а их точное количество не раскрывается. Для остальных уровней будут применяться другие литографические установки, включая Low-NA EUV. По утверждению Intel, использование тройной экспозиции с Low-NA вместо High-NA обеспечивает сопоставимый результат, при этом оба маршрута совместимы по правилам проектирования. Благодаря этому заказчикам не придётся вносить изменения в свои схемы, независимо от выбранной производственной стратегии.

По данным компании, паритет выходной годности между двумя подходами достигнут благодаря достижениям в современных технологиях многократной экспозиции, особенно в области наложения слоёв. На стадии разработки с использованием High-NA было произведено около 30 000 кремниевых пластин. Для достижения необходимой плотности рисунка с использованием Low-NA требуется три последовательные экспозиции и до 40 стадий обработки, в то время как High-NA обеспечивает нужный шаг за одну экспозицию. Таким образом, маршрут с High-NA становится короче и проще. Это также открывает возможность снизить плотность металлических слоёв, что может дать прирост производительности.

Intel не уточнила, основаны ли её сравнительные оценки на результатах экспонирования кристаллов размером с полный ретикул (фотошаблон, который используется в проекционной литографии для формирования изображения микросхемы на поверхности кремниевой пластины). Установки High-NA EUV в текущей конфигурации способны экспонировать только половину ретикула за один проход, поэтому для формирования процессора размером с весь ретикул требуются два прохода с последующим точным совмещением изображений. В тех случаях, когда площадь кристалла не превышает половину ретикула, High-NA позволяет выполнить экспозицию за один проход без необходимости совмещения. В отличие от этого, установки Low-NA EUV способны экспонировать кристалл размером с полный ретикул за один проход.

EUV-литографы компании ASML в качестве основы для источника света используют газовые лазеры CO₂. Они достаточно мощные, но при этом громоздкие и малоэффективные по сравнению с твердотельными лазерами. Твердотельные лазеры, в свою очередь, не отличаются высокой мощностью и непригодны для установки в литографы, хотя имеют колоссальные перспективы в этой области. У Китая также появились свои разработки в этой сфере, и они не хуже, чем у других.

Источник изображения: ИИ-генерация Grok 3/3DNews

Недавно команда из Шанхайского института оптики и точной механики (Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics) Китайской академии наук под руководством Линя Наня (Lin Nan), ранее возглавлявшего отдел технологии источников света в ASML в Нидерландах, опубликовала в китайском научном журнале Lasers работу, посвящённую разработке в Китае твердотельного лазера для источника света EUV-литографа. Тем самым Китай приближается к созданию собственных EUV-литографов для производства самых передовых полупроводников, поскольку США запрещают продавать такое оборудование китайским компаниям.

Конверсионная эффективность газовых лазеров CO₂ составляет около 5 % (в свет превращается лишь 5 % затраченной на его производство электрической энергии). Твердотельные лазеры обещают превзойти этот показатель, а если говорить о габаритах, то сравнение и вовсе не в пользу газовых лазеров: одно дело — работа с газом, другое — компактный «светодиод». Сегодня полупроводниковые твердотельные лазеры широко применяются для сварки и других операций с металлом.

Пока что мощность распространённых твердотельных лазеров сравнительно невелика для целей литографического производства — около 1 Вт, реже до 10 Вт. Газовый лазер способен развивать мощность до 250 Вт. Тем не менее твердотельные лазеры уже сегодня можно использовать в рамках EUV-литографии — например, для проверки EUV-масок на наличие дефектов или для оценки воздействия EUV-излучения на материалы.

В своих экспериментах китайская группа добилась конверсионной эффективности твердотельного лазера с длиной волны 1 мкм на уровне 3,42 %. Это выше, чем у группы учёных Нидерландского центра передовых исследований в области нанолитографии, добившейся в 2019 году 3,2 %, и чем у исследователей из Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе (ETH Zurich), достигших 1,8 % в 2021 году.

Впереди остались только американские и японские исследователи: группа из Университета Центральной Флориды (University of Central Florida) в 2007 году показала лазерную установку с эффективностью 4,9 %, а учёные из японского Университета Уцуномия (Utsunomiya University) — с результатом 4,7 %.

Для сравнения, эффективность преобразования коммерчески доступных источников света для EUV-фотолитографии на основе CO₂-лазера составляет около 5,5 %.

В поисках возможностей для производства электронных схем на живых организмах учёные из Датского технического университета (Technical University of Denmark) испытали электронно-лучевую литографию на живых тихоходках — мельчайших организмах со средним размером около 500 мкм. Эта технология создаёт основу для нанесения меток даже на бактерии и открывает путь к созданию датчиков и электронных схем на живой ткани — то есть к настоящему чипированию.

Источник изображения: Nano Letters 2025

«С помощью этой технологии мы не просто создаём микротатуировки на тихоходках, — объясняет инженер-оптик Дин Чжао (Ding Zhao) из Датского технического университета, — мы распространяем эту возможность на различные живые организмы, включая бактерии».

Возможность наносить узоры на крошечные объекты и поверхности является важной частью развития нанотехнологий. Полупроводниковая литография в полной мере отражает стремительный рост опыта и достижений в этой области, но работа с живыми тканями едва ли достигла сколь-либо значимого результата. Пожалуй, опыт с нанесением «электронных» татуировок тихоходкам стал первым заметным шагом на этом пути.

Для маркировки живых тихоходок учёные воспользовались разновидностью электронно-лучевой литографии, известной как ледяная литография. В ней в качестве резиста — защитного покрытия поверхности перед нанесением рисунка схемы — используется вода или органические растворы. Это создаёт буквально плёнку льда на поверхности, которую электронный луч затем пробивает в заданных местах. Так формируется узор, на который впоследствии осаждается рабочий материал.

Для такого эксперимента могли подойти только тихоходки. Эти организмы способны выживать в экстремальных условиях — без воды, воздуха и при крайне низких температурах. В подобных условиях они переходят в состояние криптобиоза, обезвоживаются и могут вернуться к жизни при восстановлении благоприятной среды. В сухом виде тихоходки переносят охлаждение до −272 °C. Учёные ввели их в состояние криптобиоза, нанесли на тело вещество анизол, ставшее ледяной плёнкой, и с помощью электронно-лучевой литографии сформировали на поверхности заданный рисунок. Там, где пучок электронов касался ледяной плёнки, образовывался устойчивый узор.

Минимальный размер элемента, нанесённого на поверхность тихоходок, составил 72 нм. Эксперимент успешно пережили 40 % подопытных особей. Однако это лишь первый шаг. Технология продемонстрировала свою перспективность, и учёные намерены совершенствовать её для работы с другими организмами.

«Мы ожидаем, что интеграция большего количества методов микро- и нанопроизводства с биологически значимыми системами на микро- и наноуровне приведёт к дальнейшему развитию таких областей, как распознавание микроорганизмов, биомиметические устройства и живые микророботы», — пишут учёные в своей работе в журнале Nano Letters.

В Московском физико-техническом институте разработали литограф, предназначенный для создания трёхмерных микроструктур, элементы которых будут иметь размеры 150 нм при разрешении 350 нм.

Источник изображения: Opt Lasers / unsplash.com

Устройство позволит создавать малые механические конструкции или каркасы, на которых смогут выращиваться искусственные биологические органы с заданной геометрией. При выращивании объектов биоинженерии сначала создаётся каркас, на который наносятся клетки, пояснили авторы проекта. Каркас изготавливается из особого биосовместимого полимера — конструкция позволяет выстраивать клетки для оптимального взаимодействия с другими клетками или белками. Ещё одна возможная область применения — создание фильтров для отделения одних клеток от других, например здоровых от больных. Предполагается, что такие приборы будут выпускаться серийно и заменят аналогичное зарубежное, преимущественно немецкое оборудование.

Литограф может способствовать прорыву в фотонике. Традиционно излучатели, приёмники и компоненты фотонных схем производились с использованием разных технологий и материалов; теперь с помощью полимерного оптоволокна всё это можно будет объединить на одном чипе. Прибор способен работать в режиме 3D-принтера, используя ультракороткие лазерные импульсы в видимом диапазоне и оптически прозрачные биосовместимые полимеры. Аппарат также можно применять для создания фазовых масок, проходя через которые свет изменяет свои амплитудно-фазовые характеристики. Это позволит кодировать информацию светом, формировать голограммы и металинзы.

Проект находится на завершающей стадии опытно-конструкторских работ. До конца текущего месяца пройдут его испытания для приёмки, а в августе процесс разработки завершится, и будет принято решение о передаче литографа в серийное производство. Ожидается, что он будет пользоваться спросом у научных центров и компаний, занимающихся фотоникой и биофотоникой. Считается, что он окажется полезным и при создании нейроинтерфейсов.

Бывший гендиректор Intel Пэт Гелсингер (Pat Gelsinger) стал председателем правления компании xLight, которая планирует использовать лазер на свободных электронах (FEL) в качестве источника излучения для литографического оборудования, работающего в диапазоне сверхжёсткого ультрафиолетового излучения (EUV).

Источник изображений: xLight

Возможность использования ускорителя частиц для генерации излучения в литографических машинах обсуждалась давно, но xLight утверждает, что сможет создать такой источник к 2028 году, сохранив совместимость с уже существующим оборудованием. «В рамках моей новой работы в Playground Global я присоединился к xLight в качестве исполнительного председателя правления. Я буду тесно сотрудничать с Николасом Келезом (Nicholas Kelez) и его командой, чтобы создать самые мощные в мире лазеры на свободных электронах, используя технологии ускорителей частиц», — написал Гелсингер в сообщении на LinkedIn.

EUV-литография является передовой технологией производства полупроводниковой продукции, предполагающей использование источника излучения с длиной волны 13,5 нм. В настоящее время только компания ASML производит оборудование для EUV-литографии, в котором используется сложный способ генерации излучения с такой длиной волны. Существуют и другие методы создания источников излучения с чрезвычайно короткой длиной волны для производства чипов, и один из них предполагает использование ускорителя частиц в качестве источника, генерируемого создаваемой лазером плазмой (LPP).

Гелсингер заявил, что xLight использует технологию LPP для создания источника излучения, который обеспечивает в четыре раза большую мощность, чем любые доступные в настоящее время аналоги. EUV-установка Twinscan NXE:3600D компании ASML использует источник LPP мощностью 250 Вт, а установка NXE:3800E — около 300 Вт. ASML также демонстрировала в лабораторных условиях источник излучения мощностью более 500 Вт.

Пока ASML продолжает работать над увеличением мощности источников излучения, Гелсингер утверждает, что у xLight уже есть LPP-источник мощностью более 1000 Вт, который будет готов к коммерческому использованию к 2028 году. Он заявляет, что технология xLight позволит сократить стоимость одной кремниевой пластины примерно на 50 %, а также втрое снизить капитальные и операционные расходы, что станет значительным шагом вперёд в повышении эффективности производства. Технология xLight также потенциально может повлиять на снижение стоимости литографического оборудования на базе FEL.

Отмечается, что xLight не стремится заменить EUV-установки ASML собственными аналогами. Вместо этого стартап работает над LPP-источником, который будет совместим с оборудованием ASML.

Как известно, до конца текущего месяца молодая японская компания Rapidus надеется запустить свою опытную линию по контрактному производству 2-нм чипов на острове Хоккайдо. Глава стартапа надеется, что серийный выпуск чипов будет налажен для крупных клиентов типа Apple, Google, Amazon и Microsoft.

Источник изображения: ASML

Во всяком случае, как пояснил генеральный директор Ацуёси Коикэ (Atsuyoshi Koike), переговоры сейчас ведутся с 40 или 50 потенциальными клиентами, и помимо облачных американских гигантов, в их число входят стартапы, разрабатывающие чипы для систем искусственного интеллекта. Имя одного из них не скрывается — это возглавляемый легендарным Джимом Келлером (Jim Keller) Tenstorrent. Помимо этой компании, у Rapidus подписан меморандум о взаимопонимании с ещё одним стартапом, имя которого не разглашается.

Глава Rapidus был вынужден признать, что современная геополитическая конъюнктура затрудняет приём заказов на выпуск чипов у китайских разработчиков, но она же стимулирует обращаться к услугам японской компании тех, кто опасается чрезмерной зависимости от тайваньской TSMC. Последняя начнёт выпуск 2-нм чипов в текущем году, а у Rapidus первые прототипы будут готовы только к середине июля, после чего массовое производство планируется наладить не ранее 2027 года. При этом руководство Rapidus убеждено, что со временем отставание от TSMC будет сокращаться, и важным преимуществом японского производителя станет малый срок ожидания от момента заказа разработанного чипа до его выпуска. Японский стартап надеется сократить этот срок в два или три раза по сравнению с конкурентами. Для тех же стартапов подобная особенность будет иметь решающее значение, по мнению представителя Rapidus.

Руководство компании осознаёт и важность подготовки к освоению 1,4-нм технологии. В течение двух с половиной или трёх лет после освоения массового производства 2-нм чипов, Rapidus придётся приступить к освоению 1,4-нм технологии. Если этого не будет сделано, компания рискует отстать в конкуренции со всем остальным миром, как дал понять глава производителя.