Jaunievedums pusvadītāju ražošanā: ASV startaps Substrate sola 2 nm čipus 10x lētāk
Amerikāņu tehnoloģiju uzņēmums Substrate ir nonācis uzmanības centrā ar savu ambiciošo mērķi — radikāli mainīt mikroshēmu ražošanas industriju. Viņu izstrādātā jaunā rentgenstaru litogrāfijas (XRL) sistēma, kas izmanto paātrinātu daļiņu avotu, tiek pozicionēta kā revolūcija, kas spēj nodrošināt 2 nanometru (nm) tehnoloģiskā procesa līmeņa čipu ražošanu par desmit reizēm zemāku izmaksu nekā pašreizējās metodes. Potenciāli šī tehnoloģija varētu kļūt pieejama jau līdz 2030. gadam, atverot durvis vēl smalkāku struktūru veidošanai nākotnē.
Kā darbojas Substrate tehnoloģija?
Substrate pieeja balstās uz unikālu daļiņu paātrinātāju, kas sasniedz elektronu ātrumu, kas tuvojas gaismas ātrumam. Šie elektroni, izbraucot caur magnētiskiem laukiem, emitē ļoti intensīvus rentgenstarus — aprakstīts kā „miljardiem reižu spožāki par Sauli”. Šie starojuma avoti pēc tam tiek precīzi fokusēti ar speciāli izstrādātu spoguļu sistēmu, kuras virsma ir neiedomājami gluda. Rezultātā tiek projicēts attēls uz silīcija plāksnes, kas pārklāta ar īpašu, gaismjutīgu materiālu. Interesanti, ka šī sistēma teorētiski varētu darboties pat bez tradicionālajām fotomaskām, izmantojot tiešās rakstīšanas režīmu. Lai gan šī pieeja ir ideāli piemērota zinātniskajiem pētījumiem, tā pašlaik ir pārāk lēna masveida ražošanai.
Potenciāls un izaicinājumi
Izmantojot rentgena starojumu ar viļņa garumu diapazonā no 1 līdz 10 nm, Substrate spēj veidot ārkārtīgi smalkas struktūras. Tomēr šis process prasa specifiskus apstākļus: absolūtu vakuuma vidi, īpaši precīzus spoguļus un jauna tipa gaismjutīgus materiālus, kas spētu izturēt spēcīgo starojumu. Lai demonstrētu savu progresu, Substrate ir veiksmīgi izveidojis loģisko kontaktu masīvu ar kritiskajiem izmēriem 12 nm un attālumu starp tiem tikai 13 nm. Tas ievērojami pārsniedz mūsdienu EUV (Extreme Ultraviolet) litogrāfijas iekārtu, piemēram, ASML skeneru, spējas, kas pašlaik spēj drukāt struktūras ar izmēriem no 13-16 nm. Turklāt paraugi demonstrē izcilu līniju precizitāti un ļoti zemu malu raupjumu — mazāku par 1 nm. Ja šie rezultāti tiks apstiprināti, Substrate XRL tehnoloģija varētu pārspēt pat visjaunākos ASML modeļus, atstājot tiem priekšrocību vienīgi slāņu precīzā uzklāšanā.
Ceļš uz rūpniecisko ražošanu
Šī inovatīvā pieeja varētu aizstāt dārgās un sarežģītās EUV ražošanas metodes, ko pašlaik izmanto tādi giganti kā TSMC un Samsung. Taču ceļā uz šīs tehnoloģijas pilnvērtīgu ieviešanu stāv vairāki nopietni šķēršļi. Galvenā problēma ir nesavienojamība ar esošajām ražošanas iekārtām. Substrate būs spiesta veidot pilnīgi jaunu piegādes ķēdi, sākot no fotomateriāliem līdz spoguļiem un maskām, kas vēl nav pieejami masveida ražošanā. Papildus tam, uzņēmumam jāgarantē starojuma stabilitāte, optikas precizitāte, augsta ražošanas jauda un silīcija plāksnīšu nesabojāšana.
Biznesa modelis un nākotnes vīzija
Substrate neplāno pārdot savas XRL sistēmas citām firmām. Tā vietā uzņēmuma stratēģija paredz savu ražotņu izveidi ASV, iekārtu uzstādīšanu un piedāvājot čipu ražošanas pakalpojumus pēc pasūtījuma. Tomēr pat vienas šāda līmeņa ražotnes izveide prasa desmitiem miljardu dolāru investīcijas un rūpīgi saskaņotu darbu ar simtiem piegādātāju. Tas padara projektu ārkārtīgi sarežģītu un dārgu, pat ja pamattehnoloģija ir patiesa.
ASV un Eiropas tehnoloģiskā spēkošanās
Substrate ambīcija ir pārveidot pusvadītāju tirgu, radot alternatīvu nīderlandiešu ASML un atjaunojot ASV tehnoloģisko priekšrocību. Ja uzņēmumam izdosies ieviest rentgenstaru litogrāfiju rūpnieciskā mērogā, tas būtu lielākais pagrieziena punkts mikroshēmu ražošanas industrijā kopš EUV tehnoloģijas parādīšanās. Tomēr līdz tam vēl ir tāls ceļš, kas saistīts ar gadiem ilgušiem pētījumiem, miljardu investīcijām un nepārtrauktu cīņu par tirgus uzticību.