În spatele procesoarelor utilizate pentru inteligența artificială, al supercomputerelor și al viitoarelor dispozitive electronice se află o tehnologie pe care consumatorii nu o văd niciodată, dar fără de care progresul semiconductorilor ar fi mult mai dificil: High-NA EUV. Dezvoltată de compania olandeză ASML, această nouă generație de litografie cu ultraviolete extreme permite fabricarea unor structuri mai mici și mai dense pe cipurile de siliciu și este concepută pentru a susține generațiile de semiconductori care urmează după actualele tehnologii avansate.
High-NA EUV nu este, propriu-zis, o tehnologie de fabricare a unui „cip de 2 nm”. Este tehnologia de litografie care permite imprimarea unor structuri suficient de fine pentru ca producătorii de semiconductori să continue reducerea dimensiunilor și creșterea densității tranzistorilor. ASML indică platforma EXE ca fiind destinată viitoarelor noduri avansate, începând cu nodul Logic de 2 nm și continuând către generații sub-2 nm.
Ce este, de fapt, tehnologia High-NA EUV?
Pentru a înțelege importanța High-NA EUV trebuie să pornim de la litografie. În fabricarea unui microcip, circuitele electronice sunt „desenate” pe o placă de siliciu, numită wafer. Procesul seamănă, într-o anumită măsură, cu imprimarea unei imagini, numai că imaginea trebuie transferată la o scară de ordinul nanometrilor.
Litografia EUV utilizează lumină ultravioletă extremă cu lungimea de undă de 13,5 nanometri. În sistemele EUV convenționale ale ASML, numite NXE, deschiderea numerică a sistemului optic este de 0,33. Noua platformă EXE crește această valoare la 0,55, de unde și denumirea de High-NA – „High Numerical Aperture”, adică apertură numerică mare. (Apertura numerică este un număr fără unitate de măsură care arată cât de bine poate un sistem optic – cum ar fi un obiectiv de microscop sau o fibră optică – să adune lumina și să distingă detalii fine.)
Creșterea aperturii numerice este esențială deoarece, în principiu, permite sistemului optic să proiecteze pe wafer detalii mai fine. În cazul sistemului TWINSCAN EXE:5200B, ASML indică o rezoluție de aproximativ 8 nm, cu un contrast al imaginii cu 40% mai mare decât în cazul sistemelor NXE. Compania estimează că acest lucru poate permite imprimarea, într-o singură expunere, a unor caracteristici de până la 1,7 ori mai mici și o densitate a tranzistorilor de până la 2,9 ori mai mare față de sistemele NXE.
Este important însă să nu confundăm această rezoluție cu dimensiunea nominală a unui nod de fabricație. Termeni precum „2 nm”, „1,8 nm” sau „1,4 nm” desemnează generații tehnologice complexe și nu reprezintă pur și simplu lățimea unui singur tranzistor.
De ce este atât de dificil să construiești un asemenea sistem?
La prima vedere, High-NA EUV pare doar o versiune mai performantă a litografiei EUV. În realitate, creșterea aperturii numerice a obligat ASML și partenerii săi să regândească o mare parte din arhitectura sistemului.
EUV nu poate fi focalizată cu lentile obișnuite deoarece materialele convenționale absorb puternic această radiație. De aceea, sistemele EUV utilizează oglinzi extrem de sofisticate, construite din numeroase straturi de materiale și finisate la o precizie extraordinară. ASML precizează că oglinzile sale EUV au peste 100 de straturi și sunt prelucrate până la o netezime mai mică decât grosimea unui atom.
În interiorul mașinii, lumina EUV este generată printr-un proces spectaculos. Picături minuscule de staniu sunt lovite de impulsuri laser, formând o plasmă care emite radiația EUV necesară procesului de litografie. Fasciculul este apoi dirijat prin sistemul optic format din oglinzi și proiectat asupra waferului.
Totul trebuie să se întâmple într-un mediu extrem de controlat. Vibrațiile, variațiile de temperatură sau cele mai mici deformări ale componentelor pot afecta imaginea proiectată pe siliciu. ASML utilizează mii de actuatoare pentru ajustarea extrem de precisă a elementelor optice și pentru compensarea deformărilor produse inclusiv de încălzirea sistemului în timpul funcționării.
Complexitatea acestei tehnologii explică și dimensiunile impresionante ale echipamentelor. Primul sistem comercial High-NA instalat la Intel, un TWINSCAN EXE:5000, a cântărit aproximativ 165 de tone și a fost transportat în peste 250 de lăzi, distribuite în 43 de containere de transport.
High-NA EUV și cursa pentru cipuri mai mici
Motivul pentru care industria investește atât de mult în această tehnologie este simplu: mai multe structuri electronice pot fi integrate în aceeași suprafață de siliciu.
Creșterea densității tranzistorilor poate permite dezvoltarea unor procesoare mai puternice, mai eficiente și mai compacte. În cazul aplicațiilor de inteligență artificială, unde centrele de date utilizează milioane de procesoare și acceleratoare, fiecare îmbunătățire a performanței și eficienței energetice poate avea consecințe importante.
High-NA EUV poate contribui, de asemenea, la reducerea numărului de operațiuni necesare pentru imprimarea anumitor structuri. În litografia tradițională, unele modele extrem de fine trebuie realizate prin multiple patterning, adică prin mai multe etape de expunere și procesare. High-NA poate permite imprimarea mai multor astfel de structuri într-o singură expunere.
Mai puține etape înseamnă potențial mai puține surse de erori, cicluri de fabricație mai scurte și consumuri mai mici de materiale, energie și apă. ASML consideră că simplificarea procesului de fabricație este unul dintre avantajele importante ale trecerii către EUV de 0,55 NA.
De la primele prototipuri la producția industrială
High-NA EUV a trecut deja de stadiul de simplă demonstrație de laborator. Primul sistem High-NA EUV a fost livrat în decembrie 2023, iar în 2024 ASML și Imec (Interuniversity Microelectronics Centre) au deschis la Veldhoven un laborator dedicat dezvoltării acestei tehnologii. Laboratorul permite producătorilor de cipuri și furnizorilor de materiale și echipamente să testeze tehnologia înainte de introducerea sa pe scară largă în fabricile de semiconductori.
Intel a devenit primul utilizator comercial care a instalat un astfel de sistem, la centrul său de cercetare și dezvoltare din Oregon. În 2024, compania anunța că High-NA EUV ar putea imprima caracteristici de până la 1,7 ori mai mici decât sistemele EUV existente și ar putea permite o densitate de până la 2,9 ori mai mare.
Între timp, tehnologia a avansat. În 2025, ASML a livrat primul sistem TWINSCAN EXE:5200B cu specificații complete unui client. La începutul lui 2026, compania anunța că livrase în total opt sisteme High-NA către mai mulți clienți, dintre care șase erau deja în funcțiune. ASML urmărește calificarea platformei pentru producția de volum până la sfârșitul lui 2026, cu introducerea la clienți în producție începând din 2027–2028.
Această etapă este importantă deoarece diferența dintre un echipament capabil să producă structuri spectaculoase într-un laborator și o mașină capabilă să funcționeze economic, zi de zi, într-o fabrică de cipuri este uriașă.
Ce înseamnă High-NA EUV pentru viitorul tehnologiei?
Importanța High-NA EUV depășește cu mult industria semiconductorilor. Progresul acestei tehnologii este legat de evoluția inteligenței artificiale, a centrelor de date, a calculului de înaltă performanță, a dispozitivelor mobile și a sistemelor autonome.
Cu cât producătorii pot integra mai mulți tranzistori într-o suprafață mai mică, cu atât pot apărea procesoare capabile să execute mai multe operații, fără ca dimensiunea fizică sau consumul energetic să crească în aceeași proporție.
În acest sens, High-NA EUV reprezintă una dintre verigile fundamentale ale viitorului digital. Nu este o tehnologie spectaculoasă pentru utilizatorul obișnuit, pentru că nu apare pe carcasa unui smartphone și nu poate fi cumpărată dintr-un magazin. Ea funcționează în spatele scenei, în fabricile de semiconductori, unde lumina de 13,5 nm este folosită pentru a desena structuri pe care ochiul uman nu le-ar putea vedea niciodată.
Și tocmai aici se află una dintre cele mai interesante caracteristici ale progresului tehnologic: uneori, cele mai importante revoluții nu sunt dispozitivele pe care le ținem în mâini, ci mașinile care fac posibile generațiile următoare de dispozitive.