המהפכה האולטרה-סגולה: בתוך המכונות הבלתי נראות בשווי 150 מיליון דולר שמעצבות את עתיד השבבים

מכונות ליתוגרפיה אולטרה-סגולה עולות מעל 150 מיליון דולר כל אחת והן בגודל של אוטובוס.
משקיפי תעשייה מכנים את הדור האחרון של הכלים הללו "המכונות שהצילו את חוק מור" כי הן מאפשרות את ייצור המעבדים המתקדמים ביותר כיום.
ASML היא הספקית היחידה של מערכות ליתוגרפיה EUV, כאשר כל מכונה עולה כ-150–180 מיליון דולר.
חברת Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. (TSMC) השתמשה לראשונה ב-EUV בייצור המוני בתהליך 7nm+ (N7+) שלה בשנת 2019.
ליתוגרפיה אולטרה-סגולה קיצונית משתמשת באור באורך גל של 13.5 ננומטר, המיוצר על ידי ירי לייזר עוצמתי על טיפות בדיל ליצירת פלזמה שפולטת קרינת EUV, כאשר צריכת החשמל של המכונה עולה על מגה-ואט אחד.
ASML שלחה את מכונת ה-High-NA EUV הראשונה, EXE:5200, בשנת 2025, שמעלה את המפתח המספרי ל-0.55 ומיועדת לכ-175 וופרים לשעה.
השבבים המסחריים הראשונים שיוצרו ב-EUV יצאו ב-2019, עם תהליך 7nm+ (N7+) של TSMC ותהליך 7LPP של סמסונג המשתמשים ב-EUV.
בקרות ייצוא מונעות מ-ASML למכור EUV לסין, בעוד שמכירות ASML לסין ב-2024 עמדו על כ-7 מיליארד דולר, בעיקר מכלי DUV.
ניקון וקנון נסוגו מפיתוח EUV; ניקון ממשיכה לספק סורקי 193 ננומטר immersion, בעוד קנון מתמקדת בליתוגרפיית ננו-אימפרינט (NIL) עם משלוחים ניסיוניים ב-2024.
ה-DRAM של סמסונג ב-14 ננומטר משתמש ב-EUV במספר שכבות, ומיקרון מתכננת להשתמש ב-EUV בדור הבא של DRAM שלה.

כל מיקרופרוססור מודרני – מהשבב שבסמארטפון שלך ועד למעבדים שמפעילים בינה מלאכותית בענן – נולד תחת אור אולטרה-סגול. למעשה, חלק מהמכונות המתקדמות ביותר לייצור בעולם מקרינות לייזרים אולטרה-סגולים בלתי נראים על וופרים של סיליקון כדי לחרוט את המעגלים הננומטריים שמאפשרים לשבבים לפעול. מכונות אלו עולות מעל 150 מיליון דולר כל אחת, הן בגודל של אוטובוס, ופועלות במורכבות כמעט מדע בדיונית – ובכל זאת הן סוסי העבודה האלמוניים מאחורי חוק מור וההתקדמות המתמדת של מעבדים מהירים, קטנים ויעילים יותר ^[1], ^[2]. משקיפי תעשייה אף כינו את הדור האחרון של הכלים הללו "המכונות שהצילו את חוק מור," כי בלעדיהן, ייצור שבבים מתקדמים היה כמעט בלתי אפשרי ^[3]. דוח זה צולל אל עולמה של ליתוגרפיה אולטרה-סגולה – הן בגרסתה המסורתית deep ultraviolet (DUV) והן בגרסה המתקדמת extreme ultraviolet (EUV) – מסביר כיצד היא פועלת, מדוע היא כה קריטית לפיתוח מיקרופרוססורים, ולאן מועדות פניה.

ליתוגרפיה אולטרה-סגולה אולי נשמעת כמו הנדסה אזוטרית, אבל ההשפעה שלה מאוד אמיתית ונראית בחיי היומיום שלנו. על ידי הדפסת דפוסים עדינים יותר ויותר של טרנזיסטורים על סיליקון, ליתוגרפיה אולטרה-סגולה מאפשרת ישירות את קצב השיפור המרשים של תעשיית הטכנולוגיה. כפי שניסח זאת אנליסט טכנולוגי אחד בצורה בוטה, “החוק של מור בעצם מתפרק, ובלי המכונה הזו, הוא נעלם. אי אפשר באמת לייצר מעבדים מתקדמים בלי EUV.”^[4] במילים אחרות, עתיד השבבים – וכל הגאדג'טים והחידושים שהם מניעים – תלוי כעת ביכולת לרתום אור באורכי גל זעירים. בהמשך, נפרט כיצד פועלת ההדפסה מבוססת האור הזו, כיצד היא התפתחה לטכנולוגיית EUV העדכנית, מי השחקנים המרכזיים (מהיצרנית ההולנדית ASML ועד ענקיות השבבים כמו TSMC, סמסונג ואינטל), פריצות הדרך האחרונות (כמו מכונות EUV מהדור הבא וטכניקות חלופיות), ומה אומרים מומחי התעשייה על הדרך קדימה.

מהי ליתוגרפיה אולטרה-סגולה?

בליבה, ליתוגרפיה בייצור שבבים דומה לצילום על סיליקון. פרוסת סיליקון מצופה בחומר רגיש לאור (פוטורזיסט), ומכונה משתמשת באור ממוקד כדי להקרין דפוסי מעגלים מורכבים על אותה פרוסה דרך מסכה דמוית שבלונה. הדפוסים תואמים לטרנזיסטורים ולחיווט הזעירים שמרכיבים מיקרופרוססור. בכל מקום שהאור פוגע, הוא משנה כימית את הרזיסט כך שאותם אזורים יוכלו לעבור תחריט או עיבוד, בעוד שהאזורים המכוסים נשארים מוגנים. על ידי חזרה על התהליך הזה שכבה אחר שכבה בדיוק קיצוני, יצרני השבבים בונים את הארכיטקטורה המורכבת של מעגל משולב מודרני.

המפתח לרזולוציה בתהליך "הדפסה" זה הוא אורך הגל של האור. בדיוק כפי שמכחול עדין יותר מאפשר לאמן לצייר פרטים קטנים יותר, אורך גל קצר יותר של אור מאפשר ליצרני שבבים לחרוט תכונות עדינות יותר. במשך עשרות שנים, תעשיית המוליכים למחצה דחפה בהתמדה לעבר אורכי גל קצרים יותר בספקטרום האלקטרומגנטי כדי "להדפיס" טרנזיסטורים קטנים יותר ויותר ^[5]. שבבים מוקדמים בשנות ה-60 השתמשו באור נראה ואור אולטרה-סגול ארוך (g-line ב-436 ננומטר, i-line ב-365 ננומטר), אך בשנות ה-90 הטכנולוגיה המתקדמת עברה לאולטרה-סגול עמוק עם לייזרי אקסימר עוצמתיים ב-248 ננומטר (KrF) ומאוחר יותר 193 ננומטר (ArF)^[6]. אור באורך גל של 193 ננומטר – כ-1/5 מאורך הגל של אור נראה – הפך לסוס העבודה של ייצור שבבים לאורך שנות ה-2000 וה-2010. ליתוגרפיית UV עמוק (DUV) זו אפשרה תכונות מינימליות בסדר גודל של ~50 ננומטר ופחות, במיוחד לאחר הכנסת טריקים כמו עדשות טבילה וחשיפות מרובות ^[7]. למעשה, "ליתוגרפיית לייזר אקסימר" ב-248 ננומטר ו-193 ננומטר הייתה כה מוצלחת עד שהניעה את חוק מור במשך כעשרים שנה, ואפשרה לגדלי הטרנזיסטורים להמשיך ולהצטמצם ולצפיפות השבבים להמשיך ולהכפיל את עצמה לפי לוח הזמנים ^[8].

עם זאת, בסוף שנות ה-90 ותחילת שנות ה-2000, מהנדסים כבר ידעו שהם מתקרבים לקיר אורך גל עם אור באורך גל של 193 ננומטר ^[9]. כדי לדפוס תכונות קטנות בהרבה מ-40–50 ננומטר, ליתוגרפיה של 193 ננומטר נאלצה להיעזר בשיטות מסובכות יותר ויותר: טריקים אופטיים אקזוטיים, שלבי ריבוי דפוסים (חשיפת אותה שכבה מספר פעמים עם מסכות מוזזות כדי להשיג מרווח אפקטיבי עדין יותר), ותמרונים חכמים נוספים ^[10], ^[11]. טכניקות אלו האריכו את חיי כלי ה-DUV (למעשה, יצרני השבבים מתחו את 193 ננומטר עד לצמתים ששיווקו כ-10 ננומטר ואפילו 7 ננומטר באמצעות דפוס כפול, משולש או מרובע), אך במחיר של מורכבות עצומה, תפוקה נמוכה, ועלות ייצור מרקיעה שחקים. באמצע שנות ה-2010, היה ברור שליתוגרפיית DUV המסורתית מתאמצת להתקדם עוד – התעשייה נזקקה לקפיצה לאורך גל קצר יותר של אור כדי לשמור על קצב חוק מור ^[12].

ליתוגרפיית אולטרה-סגול עמוק (DUV): סוס העבודה

ליתוגרפיית UV עמוק (באמצעות לייזרים של ~248 ננומטר ו-193 ננומטר) הייתה טכנולוגיית סוס העבודה של ייצור שבבים במשך דורות רבים. כלי DUV הם למעשה מערכות הדמיה מוקרנת מדויקות במיוחד: הם מקרינים לייזר UV דרך מסכת פוטוליתוגרפיה מדוגמת וסדרה של עדשות הקטנה כדי להטיל תמונה מוקטנת על פרוסת הסיליקון. מערכות מודרניות של 193 ננומטר אף ממלאות את המרווח בין העדשה לפרוסה במים אולטרה-טהורים (ליתוגרפיית טבילה) כדי להגדיל ביעילות את המפתח המספרי של העדשה ולפתור תכונות קטנות יותר ^[13]. באמצעות שיטות אלו, ליתוגרפיית טבילה ב-193 ננומטר הפכה ליכולת להדפיס תכונות קטנות בהרבה מאורך הגל הנומינלי שלה – אך רק באמצעות טכניקות שיפור רזולוציה וחשיפות חוזרות. לדוגמה, לפני הגעת EUV, שבבים מתקדמים בצומת 7 ננומטר יוצרו ב-DUV באמצעות ארבעה שלבי מסכה נפרדים לשכבה אחת (דפוס מרובע) – תרגיל מורכב להפליא ביישור מדויק.

ליטוגרפיית DUV היא בוגרת ואמינה מאוד. מכשירי DUV מחברות כמו ASML, Nikon ו-Canon עדיין מטפלים ברוב השכבות בייצור שבבים כיום (אפילו במפעלי ייצור מתקדמים, רק השכבות הקריטיות ביותר משתמשות ב-EUV, בעוד ששכבות פחות קריטיות ממשיכות להיחשף במספר חשיפות DUV). מכשירים אלה גם זולים משמעותית מכלי ה-EUV החדשים ביותר – סורק DUV אימרסיה מהשורה הראשונה עשוי לעלות בסדר גודל של 50–100 מיליון דולר, בעוד שמכשיר EUV עולה מעל 150 מיליון דולר ^[14]. כתוצאה מכך, מכשירי DUV נשארים בלתי ניתנים להחלפה לא רק עבור שבבים מדורות קודמים (שבהם גודל התכונה גדול וקל יותר להדפסה), אלא גם כהשלמה ל-EUV בתהליכים מתקדמים. למעשה, מכירות DUV עדיין מהוות את עיקר יחידות ציוד הליתוגרפיה הנשלחות מדי שנה ^[15]. יצרני שבבים מחזיקים בסיס התקנה עצום של סורקי DUV וידע נרחב בשימוש בהם.

עם זאת, למרות שיפורים מתמשכים, 193 ננומטר DUV הגיע למגבלה בסיסית בכמה קטן אפשר להגיע מבלי להידרש למאמץ בלתי סביר. הרזולוציה המעשית בליתוגרפיה אופטית עוקבת בערך אחרי קריטריון ריילי: גודל תכונה מינימלי ≈ k₁ · (λ/NA), כאשר λ הוא אורך הגל ו-NA הוא מפתח העדשה. כאשר λ קבוע ב-193 ננומטר ו-NA מגיע למקסימום של כ-1.35 (אימרסיה), יצרני השבבים דחסו את k₁ עד גבולו התיאורטי באמצעות טריקים חישוביים – אך כדי להמשיך להקטין את גודל התכונה, היה צורך להקטין את λ עצמו. בסביבות 2019, פאונדריות מובילות כמו TSMC ו-Samsung הציגו מסחרית מקור אור ליתוגרפיה חדש ב-13.5 ננומטר – קצר כמעט פי 15 מ-193 ננומטר של DUV ^[16]. זה סימן את תחילתו של עידן העל-סגול הקיצוני בליתוגרפיה.

המעבר לליתוגרפיית על-סגול קיצוני (EUV)

ליתוגרפיה אולטרה-סגולה קיצונית (EUV) משתמשת באור באורך גל קצר בהרבה – 13.5 ננומטר, על הגבול בין UV לקרני רנטגן – כדי לחשוף שבבים. על ידי מעבר ל"מכחול" עדין בהרבה זה, EUV יכולה להדפיס טרנזיסטורים ותכונות קטנות בהרבה בחשיפה אחת, ובכך להימנע מהרבה מהשלבים המורכבים של ריבוי דפוסים הנדרשים ב-DUV בצמתים מתקדמים ^[17]. במונחים מעשיים, ליתוגרפיית EUV אפשרה ייצור המוני של שבבים בדורות טכנולוגיים של 7 ננומטר, 5 ננומטר ו-3 ננומטר, עם הרבה פחות שלבי תהליך ותפוקות טובות יותר מאשר גישה המבוססת כולה על DUV. לדוגמה, חברת TSMC מטייוואן השתמשה ב-EUV בכמה שכבות קריטיות החל מתהליך 7 ננומטר+ (N7+) שלה ב-2019 – התהליך המסחרי הראשון שהשתמש ב-EUV ^[18] – ולאחר מכן בהיקף נרחב בצמתים של 5 ננומטר שמפעילים מעבדים כמו שבבי הסמארטפון A15 ו-A16 Bionic של אפל ^[19]. גם סמסונג החלה ייצור המוני עם EUV בתחילת 2019 בתהליך 7LPP שלה ומאז יישמה EUV עבור 5 ננומטר ואפילו בייצור שבבי זיכרון^[20], ^[21]. מהלכים אלו שינו את כללי המשחק: באמצעות אור באורך גל של 13.5 ננומטר, יצרני השבבים יכלו להדפיס תכונות עם חשיפות חד-דפוס שבעבר דרשו מספר מעברים של DUV, מה שפישט את הייצור ואפשר צפיפות טרנזיסטורים גבוהה מאי פעם^[22]. עם זאת, ליתוגרפיית EUV הייתה לא מהפכה קלה. נדרשו למעלה משני עשורים של מחקר וכ-9–10 מיליארד דולר בהוצאות מו"פ כדי להפוך את ה-EUV לישימה לייצור בהיקף גבוה ^[23]^[24]. האתגרים היו עצומים משום ש-אור באורך גל 13.5 ננומטר מתנהג בצורה שונה מאוד מאור באורך גל 193 ננומטר. ראשית, אין אף חומר שהוא שקוף ב-13.5 ננומטר – אי אפשר להשתמש בעדשות שבירה או במסכות זכוכית קונבנציונליות. במקום זאת, מערכות EUV משתמשות במערכת אופטית כולה של מראות: סדרה של מראות רב-שכבתיות עם ציפויים מיוחדים שמחזירים אור באורך גל 13.5 ננומטר (כל מראה מחזירה רק חלק מהאור, כך שעם מספר מראות העוצמה יורדת באופן דרמטי) ^[25]. גם הפוטומסכה היא מצע מראה מחזיר אור ולא לוח זכוכית שקוף. כל זה חייב לפעול ב-ואקום (האוויר היה סופג את ה-EUV). בקיצור, סורקי EUV הם עיצוב מחדש מוחלט של המערכת האופטית לעומת כלים של DUV, וכוללים אופטיקה אקזוטית ודיוק קיצוני. ואז יש את מקור האור: איך בכלל מייצרים אור אולטרה-סגול בעוצמה גבוהה באורך גל של 13.5 ננומטר? התשובה נשמעת כמו מדע בדיוני: כלי EUV יוצרים אור על ידי ירי לייזר עוצמתי בפולסים על טיפות זעירות של בדיל מותך, 50,000 פעמים בשנייה ^[26], ^[27]. כל פולס לייזר מאדה טיפה של בדיל לפלזמה חמה במיוחד שפולטת קרינת EUV – למעשה, פיצוץ זעיר דמוי כוכב שמתרחש בתוך המכונה. הבזקי הפלזמה הללו מייצרים את אור ה-13.5 ננומטר הרצוי יחד עם הרבה קרינה ופסולת לא רצויה, ולכן המערכת חייבת לסנן ולאסוף את אורך הגל הנכון ולהגן על כל השאר. אור ה-EUV ממוקד לאחר מכן על ידי אופטיקת מראות ומכוון אל הווייפר בתבניות. זהו תהליך לא יעיל במיוחד מבחינת ייצור אור (רוב האנרגיה הולכת לאיבוד כחום), ולכן הלייזר שמפעיל את המקור חייב להיות עוצמתי במיוחד. מקור האור של סורק EUV יכול לצרוך סדר גודל של >1 מגה-ואט של חשמל כדי לספק מספיק שטף פוטונים של EUV לייצור המוני ^[28]. לשם השוואה, לייזר אקסימר של 193 ננומטר צורך שבריר קטן מהעוצמה הזו. זה מסביר מדוע לכלי EUV יש דרישות עוצמתיות וקירור מסיביות, ומדוע טכניקות חלופיות כמו ליתוגרפיית ננו-אימפרינט (שאינה משתמשת בלייזרים כלל) מתהדרות בחיסכון אנרגטי של כ-90% ^[29].

המורכבות לא נגמרת כאן. מכיוון שפוטוני EUV כל כך אנרגטיים, הם יכולים לגרום לאפקטים סטוכסטיים עדינים בפוטורזיסט (שינויים אקראיים שעלולים לגרום לפגמים אם לא יטופלו), ומסכות EUV לא יכולות להיות מוגנות בקלות על ידי פליקל רגיל (פיתוח פליקלים מיוחדים ל-EUV היה מאמץ של שנים רבות). כל רכיב במערכת – משלבי הוואקום, דרך מנגנוני מיקום הווייפר בעלי 6 דרגות חופש הנעים במהירות של מטרים לשנייה, ועד בדיקת הפגמים במראות הרב-שכבתיות – דחף את גבולות ההנדסה. "זו טכנולוגיה קשה מאוד – מבחינת מורכבות היא כנראה בקטגוריית פרויקט מנהטן," העיר מנהל הליתוגרפיה של אינטל, כדי להמחיש עד כמה היה מאתגר לפתח את ה-EUV ^[30].

במשך שנים רבות, מומחים רבים הטילו ספק בכך ש-EUV תעבוד אי פעם בזמן. שחקניות מרכזיות ניקון וקנון ויתרו על מחקר בתחום ה-EUV לאחר שנתקלו ביותר מדי מכשולים, והותירו את ASML (הולנד) כחברה היחידה שמקדמת את הטכנולוגיה^[31]^[32]. ההימור של ASML השתלם בסופו של דבר – אך לא ללא עזרה. בשנת 2012, מתוך הכרה בחשיבות האסטרטגית של EUV, יצרניות השבבים הגדולות אינטל, TSMC וסמסונג השקיעו יחד כ-4 מיליארד דולר ב-ASML כדי להאיץ את פיתוח ה-EUV ^[33]. ב-2017, ASML הציגה סוף סוף סורק EUV מוכן לייצור (דגם NXE:3400B), וב-2019 השבבים המסחריים הראשונים שיוצרו ב-EUV החלו לצאת לשוק ^[34]^[35]. משקיפי התעשייה כינו זאת רגע מכונן – מהפכת ה-EUV, שהתעכבה זמן רב, הגיעה בדיוק בזמן כדי להאריך את מפת הדרכים של תעשיית השבבים. כפי שציין MIT Technology Review, מכשיר ה-EUV של ASML הוא "מכשיר נחשק… המשמש לייצור תכונות מיקרושבבים זעירות בגודל 13 ננומטר… מלא ב-100,000 מנגנונים זעירים… נדרשים ארבעה מטוסי 747 כדי לשלוח אחד ללקוח" ^[36]. בקיצור, סורקי EUV הם פלאי הנדסה מודרנית שמביאים את האור האולטרה-סגול לרמות קנה מידה ומורכבות שלא נראו כמותן בעבר.

מדוע ליתוגרפיה אולטרה-סגולה חשובה למעבדים

התגמול על כל המורכבות הזו הוא פשוט: טרנזיסטורים קטנים יותר וביצועי שבב גבוהים יותר. על ידי הדפסת תכונות עדינות יותר, יצרני השבבים יכולים לדחוס יותר טרנזיסטורים לאותו שטח (מה שבדרך כלל אומר יותר כוח עיבוד או עלות נמוכה יותר לכל שבב) ולהפחית את הקיבוליות החשמלית והמרחקים שעליהם האותות צריכים לעבור (מה שאומר מהירויות מיתוג גבוהות יותר וצריכת חשמל נמוכה יותר). זו מהות חוק מור – הקטנת ממדי הטרנזיסטור כדי לדחוס יותר בכל דור של שבבים – וליתוגרפיה היא המאפשרת הבסיסית של ההתקדמות הזו ^[37], ^[38]. כשאתם שומעים על שבב סמארטפון חדש שיוצר ב"תהליך של 3 ננומטר" או על מעבד שרת ב"טכנולוגיית EUV של 5 ננומטר", המספרים הללו משקפים בעיקר את היכולות של ליתוגרפיה מתקדמת להגדיר תכונות קטנות במיוחד (למרות ששמות הצמתים הם במידה מסוימת שיווקיים, הם מתואמים עם שיפורי הצפיפות ש-EUV אפשרה).

חשיבותה של ליתוגרפיה אולטרה-סגולה מתבהרת במיוחד כשחושבים מה היה קורה ללא ההתקדמות הזו. אילו התעשייה הייתה נשארת רק עם DUV של 193 ננומטר, ייתכן שיצרני השבבים עדיין היו מוצאים דרכים לייצר שבבים חזקים מאוד – אך הם היו זקוקים לכל כך הרבה שלבים חוזרים (ומורכבות שפוגעת בתפוקה) עד שהעלויות היו מזנקות וההתקדמות הייתה מואטת באופן דרמטי. למעשה, באמצע שנות ה-2010, היו כאלה שחזו את סופו הקרוב של חוק מור כי הליתוגרפיה האופטית הגיעה למבוי סתום. EUV הגיעה בדיוק בזמן כדי לספק גלגל הצלה חדש. על ידי החזרת דפוס חד-חשיפה פשוט יותר בחזית הטכנולוגיה, EUV האריכה את מפת הדרכים של ההקטנה לפחות לעוד כמה דורות. רבים מהשבבים המתקדמים ביותר כיום חייבים את קיומם ל-EUV. לדוגמה, מעבדי הסמארטפון מסדרת A החדשים של אפל ושבבי ה-M למק מיוצרים על ידי TSMC באמצעות תהליכי EUV של 5 ננומטר, מה שמאפשר ספירת טרנזיסטורים של עשרות מיליארדים וקפיצות משמעותיות במהירות וביעילות לעומת דורות קודמים ^[39]. גם מעבדי Ryzen וה-GPU של AMD, שרבים מהם מיוצרים בצמתי EUV של 7 ננומטר או 5 ננומטר של TSMC, נהנים מהעלייה בצפיפות ומהחיסכון בחשמל. אפילו מאיצי AI מתקדמים ומעבדי מרכזי נתונים – אלה שמפעילים מודלים של בינה מלאכותית בקנה מידה גדול – מסתמכים על תהליכי EUV של 5 ננומטר/4 ננומטר כדי לדחוס מנועי מתמטיקה מטריצית בצפיפות ולנהל את התרמיות של ההספק.

זה לא רק שבבים לוגיים. גם שבבי זיכרון קוצרים רווחים מההתקדמות בליתוגרפיה אולטרה-סגולה. יצרניות DRAM עתירות ביצועים החלו להשתמש ב-EUV בשכבות קריטיות מסוימות בדורות החדשים שלהן (למשל, DRAM של סמסונג ב-14 ננומטר עושה שימוש ב-EUV במספר שכבות) כדי להגדיל את צפיפות הביטים ולשפר את התפוקה ^[40]. גם מיקרון מכניסה EUV בצומת ה-DRAM הבא שלה. יותר שכבות EUV בזיכרון מתורגמות ליותר ג'יגה-ביטים של אחסון לכל שבב ולעלות נמוכה יותר לכל ביט, מה שבסופו של דבר אומר יותר זיכרון במכשירים שלך באותו מחיר. למעשה, מנכ"ל ASML פיטר ונינק ציין כי הביקוש הגובר ל-AI ולנתונים דוחף את יצרניות הזיכרון לאמץ EUV במהירות – "יצרניות DRAM משתמשות ביותר שכבות EUV בצמתים נוכחיים ועתידיים", הוא ציין, מה שמגביר את הביקוש לכלים אלה בתעשייה כולה ^[41].

בקיצור, ליתוגרפיה אולטרה-סגולה משפיעה ישירות על יכולות המיקרופרוססור. היכולת לייצר טרנזיסטורים קטנים יותר לא רק מאפשרת להכניס יותר ליבות או יותר זיכרון מטמון לשבב, אלא גם יכולה להפחית את צריכת החשמל של כל טרנזיסטור במעבר. זו הסיבה שכל דור תהליך חדש מביא לרוב שיפור ביצועים של 15–30% ו-הפחתת צריכת חשמל של 20–50% באותו עיצוב, או לחלופין מאפשר הכפלה או יותר של צפיפות הטרנזיסטורים. לדוגמה, המעבר של TSMC מתהליך 7 ננומטר (בעיקר DUV) ל-5 ננומטר (EUV) הציע כ-עלייה של פי 1.8 בצפיפות הלוגית וכ-15% שיפור במהירות באותה צריכת חשמל ^[42]. השיפורים הללו מתורגמים לסמארטפונים מהירים יותר, מרכזי נתונים יעילים יותר ופריצות דרך במשימות מחשוב עתירות ביצועים. ליתוגרפיה אולטרה-סגולה היא היד הנעלמה שמגלפת את השיפורים הללו בסיליקון. כפי שסיכם זאת מנהל מחקר בתעשייה: "בלי EUV, אי אפשר באמת לייצר מעבדים מתקדמים"^[43] – זה עד כדי כך קריטי להישאר על עקומת ההתקדמות.

המצב העדכני והשחקנים המרכזיים

נכון ל-2025, ליתוגרפיה אולטרה-סגולה נמצאת בלב כל מפעל שבבים מתקדם, והיא נשלטת על ידי מספר שחקנים וטכנולוגיות מרכזיים. הנה מבט על הנוף הנוכחי והכוחות המרכזיים שמניעים אותו:

ASML (הולנד) – אבן היסוד של הליתוגרפיה. ASML היא הספקית היחידה של מערכות ליתוגרפיה EUV בעולם ^[44]. בסוף שנות ה-2010 היא הפכה לחברה הראשונה (והיחידה) שמסחרה סורקי EUV, לאחר שהמתחרות פרשו ^[45]. כלי ה-EUV שלה (כל אחד עולה כ-150–180 מיליון דולר ^[46], ^[47]) משמשים כל יצרן שבבים מוביל. ASML מייצרת גם סורקי DUV (שם היא מתחרה עם Nikon/Canon על נתח שוק). בזכות ה-EUV, ASML הפכה לאחת מחברות ציוד הסמיקונדקטור היקרות בעולם – ומחזיקה למעשה במונופול על טכנולוגיית הליתוגרפיה המתקדמת ביותר. מפעל ייצור מתקדם בודד עשוי להזדקק ל-10–20 מכונות EUV של ASML, השקעה של מיליארדי דולרים. נכון ל-2021, כבר היו בשטח מעל 100 כלי EUV ^[48], והמספר ממשיך לעלות ככל ש-TSMC, סמסונג ואינטל מרחיבות את השימוש ב-EUV. (ראוי לציין כי בקרות ייצוא מונעות כיום מ-ASML למכור מכונות EUV לסין, בשל חשיבותן האסטרטגית ^[49].)
TSMC (טייוואן) – חלוצה בתחום הפאונדרי ב-EUV. TSMC היא יצרנית השבבים החוזית הגדולה בעולם והייתה הראשונה שהפעילה EUV בייצור סדרתי (ה-node שלה ב-7nm+ "N7+" ב-2019 היה תהליך ה-EUV הראשון בתעשייה) ^[50]. מאז, TSMC ניצלה את ה-EUV בהיקף נרחב לדור ה-5 ננומטר שלה (2019–2020) ול-nodes של 4 ננומטר/3 ננומטר, ומייצרת שבבים עבור Apple, AMD, Nvidia ורבים אחרים עם תפוקות מהטובות בעולם. על ידי שימוש ב-EUV במספר שכבות קריטיות, TSMC השיגה את העלייה בצפיפות שמגדירה את ה-nodes הללו. ההובלה של TSMC באימוץ מוקדם של EUV היא סיבה מרכזית לכך שהקדימה את אינטל בטכנולוגיית תהליכים בשנים האחרונות. במבט קדימה, TSMC מתכננת להמשיך להשתמש ב-EUV הנוכחי (0.33 NA) דרך ה-nodes של 3 ננומטר ואפילו 2 ננומטר, ובוחנת את הדור הבא של EUV להמשך הדרך ^[51]. (מעניין לציין, ש-TSMC רמזה כי ייתכן שלא תמהר לאמץ את כלי ה-High-NA EUV הראשונים עבור תהליכי עידן ה-2 ננומטר שלה סביב 2027–2028, ומעדיפה להמתין עד שהכלכלה תצדיק זאת ^[52].)
Samsung (דרום קוריאה) – מאמצת EUV בזיכרון ולוגיקה. סמסונג אימצה במהירות את ה-EUV עבור לוגיקה, והכריזה על ייצור 7 ננומטר EUV כבר ב-2019 (מעבדי Exynos שלה וחלק משבבי Qualcomm Snapdragon השתמשו בכך). סמסונג גם הובילה את השימוש ב-EUV בזיכרון, והפכה ל-ראשונה שהשתמשה ב-EUV בייצור DRAM (ל-node DRAM ב-1z-nm שלה) ובשכבות V-NAND ^[53]. קו הייצור של סמסונג ב-Hwaseong, התומך ב-EUV, מהווה דוגמה בולטת, והחברה ממשיכה להשקיע ב-EUV הן לעסקי הפאונדרי והן לעסקי הזיכרון שלה. כמו TSMC, סמסונג היא לקוחה של ה-High-NA EUV הבא של ASML, אם כי דיווחים מצביעים על כך שסמסונג עדיין לא קבעה מתי תשלב את הכלים הללו בייצור ^[54]. בינתיים, תהליכי הדגל הנוכחיים של סמסונג (5 ננומטר, 4 ננומטר, 3 ננומטר Gate-All-Around) כולם משתמשים ב-EUV להפחתת שלבי המסכה. סמסונג עדיין מייצרת שבבים רבים באמצעות DUV וכלים ישנים יותר, אך בקצה המוביל היא מתמקדת לחלוטין ב-EUV.
אינטל (ארה"ב) – המרוץ לחזור לחזית. אינטל, שהובילה זמן רב בתחום הליתוגרפיה, נתקלה בעיכובים בצומת 10 ננומטר (שנעשה בו שימוש במולטי-פטרנינג מתקדם של DUV) ולכן פיגרה באימוץ EUV. אך מאז השקיעה רבות כדי להדביק את הפער. דורות התהליכים החדשים ביותר של אינטל (במותג "Intel 4", "Intel 3", שקרובים ל~7 ננומטר ו~5 ננומטר) משתמשים בליתוגרפיית EUV למספר שכבות – לדוגמה, Intel 4 עושה שימוש ב-EUV בייצור מעבדי Meteor Lake הקרובים של החברה ^[55]. אינטל גם הייתה משקיעה מוקדמת ב-ASML והבטיחה לעצמה גישה ראשונה למכונות EUV High-NA של ASML: היא קיבלה את מכונת ה-High-NA EUV הראשונה בעולם (סדרת EXE:5000) ב-2023 למחקר ופיתוח וצפויה לקבל את מכונת ה-High-NA הראשונה ברמת ייצור (EXE:5200) עד 2024–2025 ^[56], ^[57]. אינטל מתכננת להשתמש בסורקי EUV High-NA אלה עבור צמתים של 1.8 ננומטר ודור 14Å (~2027) כחלק ממפת הדרכים השאפתנית שלה לחזור להובלת התהליכים ^[58], ^[59]. עם הנהלה חדשה בראשות מנכ"ל חדש, אינטל מדגישה בגלוי את אימוץ ה-EUV ואפילו שירותים כפאונדרי המשתמש ב-EUV לייצור שבבים עבור חברות אחרות בעתיד הקרוב.
ניקון וקנון (יפן) – ותיקות ה-DUV, בוחנות חלופות. ניקון וקנון היו בעבר ספקיות דומיננטיות של ציוד ליתוגרפיה (בשנות ה-90, ניקון במיוחד הובילה בציוד סטפרים מתקדמים). הן ממשיכות לייצר כלים לליתוגרפיית DUV – למעשה, במשך שנים רבות ניקון סיפקה מכונות לאינטל וליצרניות זיכרון. אך אף אחת מהחברות לא סיפקה פתרון EUV: שתיהן נסוגו מפיתוח EUV לאחר מחקר בתחילת שנות ה-2000, והעבירו את השוק הזה ל-ASML ^[60]. כיום, ניקון עדיין מוכרת סורקי immersion של 193 ננומטר לייצור בהיקפים גדולים (בעיקר בשימוש במפעלי ייצור שאינם בחזית הטכנולוגיה או ככלים משלימים), בעוד שקנון התמקדה בנישות מתמחות כמו ליתוגרפיית ננו-אימפרינט (NIL). מכונות ה-NIL החדשות של קנון מנסות "להחתים" דפוסי שבבים באופן מכני וטוענות לעלות נמוכה פי עשרה ולצריכת חשמל נמוכה ב-90% לעומת כלים מבוססי EUV^[61]^[62]. קנון החלה לשלוח את מכונות ה-NIL הראשונות שלה לניסויים ב-2024 ^[63]. יש הרואים ב-NIL טכנולוגיה משבשת פוטנציאלית ליישומים מסוימים (היא עשויה לשמש לצד ליתוגרפיה קונבנציונלית לשכבות פשוטות או למכשירי זיכרון), אך היא עדיין לא הוכחה לייצור לוגיקה בנפח גבוה ובצפיפות הגבוהה ביותר ^[64]. לעת עתה, ניקון וקנון נותרות משמעותיות בתחום ה-DUV (ולצמתים ישנים יותר), אך ל-ASML יש מונופול אפקטיבי על הליתוגרפיה המתקדמת הנדרשת למעבדים המתקדמים ביותר.
השאיפות של סין – סגירת הפער תחת מגבלות. סין, שמארחת מפעלי שבבים מרכזיים כמו SMIC, חסרה כיום גישה לטכנולוגיית EUV – ל-ASML מעולם לא הותר למכור סורקי EUV לסין בשל מגבלות ייצוא שמובלות על ידי ארה"ב cnfocus.com. אפילו מכירות של כלי DUV immersion החדשים ביותר של ASML לסין כפופות כעת לרישוי ממשלת הולנד החל מ-2023 ^[65]. הדבר דירבן מאמצים סיניים לפתח ליתוגרפיה מקומית. חברת ציוד הליתוגרפיה הסינית המובילה, SMEE (Shanghai Micro Electronics Equipment), לפי הדיווחים בנתה מכונות המסוגלות לליתוגרפיית DUV ברמת 90 ננומטר ו-28 ננומטר, אך עדיין לא קרוב ל-EUV (EUV כולל מערכת פטנטים רחבה ואתגרים פיזיקליים קשים). כתוצאה מכך, מפעלי שבבים סיניים כמו SMIC הצליחו לייצר שבב דמוי 7 ננומטר באמצעות דפוס מרובה DUV ישן, אך הם עדיין בפיגור של כמה דורות מהחזית שמצריכה EUV. מגמות השוק הגלובלי שזורות אפוא עמוק בגיאופוליטיקה: כלי ליתוגרפיה הפכו לנכס אסטרטגי. ב-2024, מכירות ASML לסין (בעיקר כלי DUV) עמדו על כ-7 מיליארד דולר ^[66], אך הצמיחה העתידית אינה ודאית בשל הידוק מגבלות הייצוא. בינתיים, הביקוש גואה במקומות אחרים, ולכן ASML צופה שעסקי ה-EUV שלה יקפצו בכ-30% ב-2025 למרות רוחות נגד פוטנציאליות מסין ^[67], ^[68].

אתגרים והתקדמויות אחרונות

בעוד שליתוגרפיה אולטרה-סגולה אפשרה התקדמות מרשימה, היא גם מתמודדת עם אתגרים משמעותיים שמניעים חדשנות מתמשכת. הנה כמה נקודות כאב עיקריות והתקדמויות אחרונות שמטפלות בהן:

עלות ומורכבות הכלי: תג המחיר של סורקי EUV (כ-150 מיליון דולר או יותר כל אחד) והמורכבות הרבה שלהם מעלים את רף הכניסה ליצרני השבבים ^[69]. רק מעט חברות יכולות להרשות לעצמן צי גדול של כלים כאלה. כדי להצדיק את העלות, המפעלים צריכים ניצול גבוה ותפוקה גבוהה. התקדמות: הדור הבא של High-NA EUV יקר אף יותר (מעל 300 מיליון דולר לכל כלי) ^[70], אך מבטיח תפוקה ורזולוציה גבוהות יותר, מה שעשוי להוריד את העלות לכל טרנזיסטור. בנוסף, מאמצים בלמידת מכונה וליתוגרפיה חישובית מסייעים למקסם את ביצועי כל כלי (על ידי שיפור דיוק הדפוס וחלון התהליך).
תפוקה (מהירות סורק): כלים ראשונים של EUV עיבדו פחות ופרים לשעה לעומת עמיתיהם מסוג DUV, בין היתר בשל עוצמת מקור מוגבלת ואופטיקה עדינה יותר. תפוקה נמוכה משמעותה פרודוקטיביות נמוכה במפעל. התקדמות: עוצמת מקור ה-EUV השתפרה בהתמדה (המקורות של היום עולים על 250 ואט, לעומת כ-125 ואט בכלים הראשונים), וסורקי ה-EUV החדשים של ASML מסוגלים לחשוף כ-160 ופרים/שעה בתנאים מיטביים. מערכות ה-High-NA EUV הקרובות יכללו אופטיקה מחודשת עם מפתח נומרי גבוה יותר 0.55 לעומת 0.33, מה שמשפר את הרזולוציה אך בתחילה מקטין את גודל השדה. כדי לפצות, ASML מהנדסת את הכלים הללו להגיע בסופו של דבר לכ-185 ופרים/שעה. למעשה, ASML שלחה את דגם ה-High-NA EUV הראשון שלה (EXE:5200) ב-2025 ומצהירה כי תספק שיפור של 60% בפרודוקטיביות לעומת כלים קיימים – כ-175 ופרים/שעה, בדומה לסורקי DUV ^[71].
פגמים ותפוקה: מאחר ש-EUV עושה שימוש במסכות מחזירות ופועל בממדים ננומטריים, בקרת פגמים היא דאגה מרכזית. פגמים או חלקיקים זעירים במסכה עלולים להדפיס על הוופר, וחומרי הפוטורזיסט ותהליך ה-EUV עלולים להציג פגמים אקראיים (בעיות סטוכסטיות) אם אינם מיטביים. התקדמות: התעשייה פיתחה פלקלים מגנים למסכות עבור EUV (כדי למנוע חלקיקים מהמסכה) לאחר ניסיונות רבים. גם כימיית הפוטורזיסט מתפתחת – חומרים חדשים וטכניקות שכבת בסיס שיפרו את הרגישות והחספוס של קצה הקו. יצרני השבבים מדווחים כי בעיות התפוקה הראשוניות עם EUV נפתרו ברובן, ושיעורי הפגמים דומים לדורות קודמים ^[72]. עם זאת, חוקרים ממשיכים לשפר את טכנולוגיית הרזיסט והמסכה (כולל חקירת רזיסטים מבוססי תחמוצת מתכת וגישות חדשניות נוספות ל-EUV).
צריכת חשמל: כפי שצוין, סורקי EUV צורכים הרבה חשמל – כל אחד מהם יכול לצרוך בסדר גודל של מגה-ואט של חשמל בין מקור הלייזר, משאבות הוואקום ומערכות הקירור ^[73]. הדבר תורם לעלות התפעולית הגבוהה ומעלה את טביעת הרגל הסביבתית של המפעלים. התקדמות: שיטות ליתוגרפיה חלופיות כמו Nanoimprint שואפות לצמצם את צריכת החשמל באופן דרסטי (קנון טוענת ל-90% פחות שימוש באנרגיה) ^[74]. בתוך תחום ה-EUV עצמו, מהנדסים שואפים למקורות יעילים יותר (למשל, יעילות המרה גבוהה יותר של אנרגיית לייזר לאור EUV) כך שכלים עתידיים ייצרו יותר אור עם פחות הספק קלט. אפילו שיפורים קטנים ביעילות המקור או בהחזריות המראות יכולים להניב חיסכון משמעותי בחשמל לאורך אלפי וייפרים.
מגבלות רזולוציה אופטית: גם EUV באורך גל של 13.5 ננומטר יגיע בסופו של דבר למגבלות מזעור. הכלים הנוכחיים (0.33 NA) מסוגלים ליצור דפוסים של כ-30 ננומטר; מעבר לכך, יהיה צורך בריבוי דפוסים או ב-High-NA EUV עבור צומת של ~2 ננומטר ומטה. התקדמות: High-NA EUV הוא למעשה הצעד הגדול הבא – על ידי הגדלת ה-NA של העדשה ל-0.55 עם עיצוב אופטי חדש (שדורש, יש לציין, גודל מסכה של 6 אינץ' ופלטפורמת כלי חדשה לחלוטין), מערכות אלו יוכלו להבחין בפרטים קטנים יותר בכ-30–40% ^[75]. חברת ASML אומרת ש-High-NA EUV עשוי כמעט להשליש את צפיפות הטרנזיסטורים על שבבים על ידי אפשרות לתכונות עדינות יותר ומרווחים קטנים יותר ^[76]. הכלים הראשונים של High-NA EUV צפויים לשימוש ניסיוני באינטל בסביבות 2025–2026, עם יעד לשימוש מסחרי נרחב עד ~2028 ^[77]. הארכה זו אמורה לאפשר לתעשייה להגיע לצמתים של 2 ננומטר, 1.5 ננומטר ו-1 ננומטר (למרות השמות, מדובר במרווחים של עשרות ננומטרים בודדים). מעבר לכך, ייתכן שיידרשו גישות אחרות (כמו רעיונות “Beyond EUV” באורכי גל קצרים אף יותר, או שיטות דפוס מהפכניות).
טכניקות ליתוגרפיה אלטרנטיביות: הריכוז של יכולות הליתוגרפיה הקריטיות בחברה אחת (ASML) ובטכנולוגיה אחת (EUV) עורר עניין בטכניקות חלופיות או מסייעות. התקדמות: מעבר ל-NIL של Canon, יש עבודה על Directed Self-Assembly (DSA) – שימוש בחומרים מיוחדים שיוצרים מעצמם דפוסים עדינים מאוד, ויכולים להשלים את הליתוגרפיה עבור מבנים מסוימים. גישה נוספת היא ליתוגרפיה מרובת פוטונים או קוונטית, שעדיין נמצאת בעיקר בשלב האקדמי. ליתוגרפיית אלקטרונים (E-beam) (כתיבה ישירה עם אלקטרונים) משמשת ליצירת מסכות ואבות-טיפוס, אך איטית מדי לייצור המוני. למרות זאת, חברות בוחנות כלים מרובי-קרניים ליישומים ייחודיים. אם טכנולוגיות אלו יבשילו, ייתכן שבעתיד יפחיתו את העומס על ליתוגרפיה אופטית או יורידו עלויות בשכבות מסוימות. לעת עתה, מדובר ב"מחקר נחמד שיש", בעוד שליתוגרפיה אופטית ב-UV נותרת עמוד התווך הבלתי-ניתן להחלפה.

תובנות מומחים ומבט לעתיד

הקונצנזוס בקרב מומחי התעשייה הוא ש-ליתוגרפיה אולטרה-סגולה תמשיך להיות אבן היסוד של ייצור השבבים בעתיד הנראה לעין, אם כי תוך המשך התפתחות. "אנחנו ממשיכים להנדס ולפתח… יש עקומת למידה תלולה עבורנו ועבור לקוחותינו," אמר דובר ASML בהתייחס להשקת High-NA EUV, והדגיש שכל קפיצה חדשה (כמו High-NA) דורשת כיוונון מדויק נרחב ^[78]. אנליסטים גם מזהירים שעלות-תועלת תכתיב את האימוץ: "בעוד שחלק מיצרני השבבים עשויים להכניס [High-NA EUV] מוקדם כדי להוביל טכנולוגית, הרוב לא יאמצו זאת עד שיהיה לכך היגיון כלכלי," ציין ג'ף קוך מ-SemiAnalysis, וחזה שרובם יחכו עד בערך 2030, כשהיתרון יצדיק את ההוצאה^[79]. בתגובה, מנכ"ל ASML פיטר ונינק מתעקש ש-High-NA יוכיח את עצמו מוקדם יותר: "כל מה שאנחנו רואים עם לקוחות זה ש-High-NA זול יותר [עבורם]" להשגת קנה מידה מתקדם יותר ^[80]. השקפה אופטימית זו מרמזת שככל שהמורכבות גדלה, ליתוגרפיה מתקדמת יותר עשויה דווקא להוריד את העלויות הכוללות על ידי קיצור שלבי תהליך נוספים.

אי אפשר להפריז בתפקיד המרכזי של ASML – עובדה שלא נעלמה מעיני ממשלות. בעולם שבו שבבים מתקדמים מעניקים יתרונות כלכליים וצבאיים, ציוד ליתוגרפיה הפך לנכס אסטרטגי. ממשלת הולנד (בתמיכת ארה"ב) הגבילה בקפדנות את היצוא של כלי ASML מתקדמים לסין ^[81], מהלך שמטרתו "לסכל את שאיפות הסמיקונדקטור של בייג'ינג"^[82]. זה הוביל לפיצול בשרשרת האספקה העולמית של שבבים: שבבי הלוגיקה המתקדמים ביותר מיוצרים כיום רק במקומות בודדים (טייוואן, דרום קוריאה, ובקרוב גם ארה"ב דרך מפעלי TSMC/Intel), כולם באמצעות מכונות EUV של ASML. סין משקיעה רבות כדי להדביק את הפער בטכנולוגיות ישנות יותר ולפתח ליתוגרפיה מקומית, אך מומחים מעריכים שזה עשוי לקחת שנים רבות להגיע לשוויון, אם בכלל, בשל פערי ידע וקניין רוחני תלולים.

בינתיים, הביקוש לכלי ליתוגרפיה ב-UV מזנק במקביל לבום הסמיקונדקטורים. הצמיחה של בינה מלאכותית ומחשוב עתיר ביצועים דוחפת את המפעלים המובילים להרחיב קיבולת. ספרי ההזמנות של ASML לכלי EUV הגיעו לשיאים – ברבעון אחד לאחרונה, ההזמנות תפחו ל-10 מיליארד דולר, בעיקר עבור מערכות EUV ו-High-NA עתידיות ^[83]. החברה צופה כי הכנסות הקשורות ל-EUV יקפצו בכ-40–50% ב-2025 ^[84], מה שיסייע להגדיל את סך המכירות למרות ירידה בביקוש מהזיכרון או מסין ^[85]. במילים אחרות, שוק הליתוגרפיה המתקדמת חזק וצומח, ו-ASML מצפה לשלוח עשרות יחידות EUV נוספות בכל שנה. עד 2030, High-NA EUV כנראה יתפשט, והשיח יעבור למה שיבוא אחרי עידן ה-EUV.

מה יכול לבוא בהמשך? כמה חוקרים מדברים על “Beyond EUV” – אולי שימוש באורכי גל קצרים עוד יותר בתחום קרני ה-X הרכות (~6–8 ננומטר) או ליתוגרפיה בהקרנת אלקטרונים/יונים – אך כל אחד מהכיוונים הללו מתמודד עם אתגרים פיזיקליים כבדים. לעת עתה, אסטרטגיית התעשייה היא להפיק את המירב מ-EUV: תחילה על ידי השקת High-NA EUV לעוד דור או שניים של הקטנה, ובשילוב EUV עם אינטגרציית תהליכים חכמה (כמו ארכיטקטורות צ'יפלטים ו-הערמה תלת-ממדית, שמפחיתות את הצורך בהקטנה דו-ממדית מונוליטית). הליתוגרפיה תישאר שילוב של טכניקות: DUV לא הולכת להיעלם (היא תשמש במקביל ל-EUV), ושיטות חדשות כמו ננו-אימפרינט עשויות למצוא נישה ולחזק את התהליכים המרכזיים אם יוכיחו את עצמן. אבל כל שינוי רדיקלי מליתוגרפיה אופטית ידרוש כנראה גם שינוי פרדיגמה בתכנון שבבים – משהו שעדיין לא נראה באופק לייצור המוני.

במילותיו של יו"ר TSMC, מארק ליו, תעשיית השבבים “עובדת במנהרה” עם מטרה ברורה כבר עשרות שנים: להקטין, להקטין, להקטין ^[86]. ליתוגרפיה אולטרה-סגולה הייתה האור שהנחה את המנהרה הזו. זה התחיל עם מנורות כספית ו-UV פרימיטיבי, התקדם ל-לייזרי excimer UV עמוק שליוו אותנו מעל 20 שנה ^[87], וכעת הגענו לעידן EUV הקיצוני, שמאריך את המנהרה עוד יותר. המסע היה הכל חוץ מקל – מלא ברגעי ניצחון וספקות תכופים – אך התוצאה מדהימה: מיליארדי מבנים שרוחבם עשרות אטומים בלבד, מדויקים להפליא על פני פרוסות סיליקון גדולות, ומאפשרים יכולות חישוב שנראו בלתי אפשריות לפני דור.

כשאנו מביטים קדימה, פיתוח המיקרופרוססורים שזור בליתוגרפיה יותר מאי פעם. הביצועים והיכולות של המעבדים, כרטיסי הגרפיקה ומאיצי ה-AI הבאים ייקבעו במידה רבה לפי כמה דק ומדויק נוכל להדפיס את מרכיביהם. ליתוגרפיה אולטרה-סגולה היא הכלי המרכזי שמאפשר זאת. מומחי התעשייה אופטימיים שעם המשך החדשנות – מאופטיקה High-NA ועד תוכנה חכמה ואולי גם כמה רעיונות מחוץ לקופסה כמו NIL או DSA – הליתוגרפיה תמשיך לספק את הסחורה. מנכ"ל ASML אף טוען שמפת הדרכים ל-EUV והרחבותיה יציבה לעשור הקרוב, ומעניקה ליצרני השבבים מסלול ברור להמשך שיפורים. מגמות השוק הגלובלי מצביעות על צמיחה בריאה ותחרות עזה, אך גם על התלכדות סביב מספר טכנולוגיות וספקים מרכזיים.

לסיכום, עולם הליתוגרפיה האולטרה-סגולה הוא מיזוג של פיזיקה והנדסה מתקדמות עם כלכלה ואסטרטגיה ברמת סיכון גבוהה. הוא אולי פועל בתחום הבלתי נראה של אור UV, אך השפעתו ברורה מאוד בדמות מיקרופרוססורים חזקים יותר משנה לשנה. בפעם הבאה שתשמעו על פריצת דרך חדשה של שבב “ננומטרי”, זכרו את מהפכת ה-UV שפועלת מאחורי הקלעים. מ-UV עמוק ועד EUV קיצוני ומעבר, הטכנולוגיות הללו באמת מעצבות את עתיד השבבים – וחורטות את השורות הבאות בסיפור ההתקדמות הטכנולוגית האנושית, הבזק פוטון אחר הבזק פוטון.

מקורות

C. Thompson, "בתוך המכונה שהצילה את חוק מור," MIT Technology Review, 27 באוקטובר 2021 ^[88]^[89]
ויקיפדיה, "פוטוליתוגרפיה – כלי המצב המתקדם ביותר כיום משתמשים בלייזרי אקסימר UV עמוק באורך גל של 193 ננומטר" ^[90]
M. Chaban, "מאירים את הדרך: כיצד ASML החזירה את חוק מור," Google Cloud Blog, 28 במרץ 2023 ^[91]^[92]
Orbit Skyline (בלוג פתרונות FAB למוליכים למחצה), "חקר עתיד הליתוגרפיה ב-EUV ומעבר לה," 4 בנובמבר 2024 ^[93]
T. Sterling, "אינטל מזמינה מערכת ASML ביותר מ-340 מיליון דולר במרדף אחר יתרון בייצור שבבים," Reuters, 19 בינואר 2022 ^[94]
T. Sterling, "האתגר הבא של ASML: השקת מכונת 'High NA EUV' החדשה שלה ב-350 מיליון דולר," Reuters, 9 בפברואר 2024 ^[95]
TrendForce News, "ASML מאשרת את המשלוח הראשון של High-NA EUV EXE:5200…", 17 ביולי 2025 ^[96]
T. Sterling, "הממשלה ההולנדית מוציאה את רוב מכירות ASML לסין מנתוני הייצוא," Reuters, 17 בינואר 2025 ^[97]

Tom’s Hardware

^[98]

Samsung Newsroom, "סמסונג אלקטרוניקס מתחילה ייצור המוני בקו EUV החדש," פברואר 2020 ^[99]
Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. (TSMC), "טכנולוגיית 7nm FinFET Plus (N7+) – הראשונה שמשתמשת ב-EUV (2019)" ^[100]
S&P Global Market Intelligence, "ASML עומדת בפני התאוששות מונעת בינה מלאכותית כאשר הביקוש ל-EUV ו-High-NA מזנק," ספטמבר 2023 ^[101]

How Samsung’s Extreme Ultraviolet unlocks the next generation of chips | Engadget Today

צפה בסרטון זה ביוטיוב.

References