در دنیای امروز، تراشه‌های نیمه‌هادی نقشی حیاتی در عملکرد تقریباً تمام دستگاه‌های الکترونیکی، از گوشی‌های هوشمند و کامپیوترها گرفته تا خودروها و تجهیزات پزشکی، ایفا می‌کنند. هر چه این تراشه‌ها کوچک‌تر و پیچیده‌تر باشند، دستگاه‌ها نیز قدرتمندتر و کارآمدتر خواهند بود. برای ساخت تراشه‌های بسیار کوچک، با ابعاد کمتر از 7 نانومتر (هر نانومتر یک میلیاردم متر است)، فناوری خاصی به نام لیتوگرافی فرابنفش شدید یا EUV (مخفف Extreme Ultraviolet Lithography) مورد نیاز است.
انحصار ASML و تحریم‌ها علیه چین
سال‌هاست که شرکت هلندی ASML در زمینه تولید ماشین‌های EUV، که برای ساخت این تراشه‌های پیشرفته ضروری هستند، انحصار جهانی داشته است. این شرکت از روشی به نام “پلاسمای تولید شده توسط لیزر” (LPP) برای تولید نور فرابنفش شدید مورد نیاز در فرآیند لیتوگرافی استفاده می‌کند. اما از سال 2019، با اعمال تحریم‌های تحت رهبری ایالات متحده، شرکت ASML از فروش تجهیزات پیشرفته EUV به چین منع شده است. این تحریم‌ها در سال 2024 تشدید شده و علاوه بر ماشین‌های EUV، شامل قطعات دیگری مانند ماسک‌های EUV، ماشین‌های اچ (Etching Machines) و سایر اجزای مرتبط نیز شده است. این تحریم‌ها، دسترسی چین به فناوری ساخت پیشرفته‌ترین تراشه‌ها را به شدت محدود کرده است.
تلاش چین برای نوآوری و خودکفایی در فناوری EUV
در مواجهه با این تحریم‌ها، دانشمندان و مهندسان چینی تلاش‌های گسترده‌ای را برای یافتن راه‌های جایگزین و دستیابی به خودکفایی در فناوری EUV آغاز کرده‌اند. یکی از مهم‌ترین دستاوردهای آن‌ها، توسعه روش جدیدی برای تولید نور EUV به نام “پلاسمای تخلیه القایی لیزری” (LDP) است. این روش، رویکردی نوآورانه است که وابستگی به فناوری LPP شرکت ASML را از بین می‌برد.
روش LDP چگونه کار می‌کند؟
در فرآیند LDP، ابتدا با استفاده از لیزر، فلز قلع تبخیر می‌شود. سپس با استفاده از تخلیه ولتاژ بالا، این بخار به پلاسما تبدیل می‌شود. پلاسما حالتی از ماده است که در آن الکترون‌ها از اتم‌ها جدا شده و ماده به شکل یونیزه در می‌آید. این پلاسما، نور فرابنفش شدید (EUV) تولید می‌کند که در فرآیند لیتوگرافی برای حکاکی الگوها روی ویفرهای سیلیکونی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
روش LDP در مقایسه با روش LPP، از نظر ساختار و عملکرد ساده‌تر، مقرون به صرفه‌تر و از نظر مصرف انرژی نیز کارآمدتر است. با این حال، هنوز چالش‌هایی در بهینه‌سازی توان خروجی و پایداری این روش وجود دارد که دانشمندان چینی در حال تلاش برای رفع آن‌ها هستند.
دستاورد مهم موسسه فناوری هاربین
یک نقطه عطف مهم در این زمینه، توسط موسسه فناوری هاربین (Harbin) و تحت رهبری پروفسور ژائو یونگ‌پنگ (Zhao Yongpeng) به دست آمد. تیم تحقیقاتی آن‌ها موفق به توسعه یک منبع نور EUV فشرده و کارآمد با استفاده از فناوری LDP شد. این نوآوری با الزامات مورد نیاز برای فوتولیتوگرافی همخوانی دارد و توانست بالاترین تقدیر را در مسابقه دستاوردهای نوآوری استان هاربین کسب کند.
همکاری‌های علمی و پیشرفت‌های صنعتی
تلاش‌های چین برای توسعه فناوری EUV تنها به یک موسسه یا دانشگاه محدود نمی‌شود. در ژانویه 2024، موسسه هاربین با موسسه اپتیک و مکانیک دقیق شانگهای برای بهبود تمرکز و کنترل نور EUV وارد همکاری شد. سایر مؤسسات علمی و تحقیقاتی مانند دانشگاه تسینگ‌هوا (Tsinghua) و موسسه تحقیقات اطلاعات هوافضای منطقه خلیج گوانگدونگ نیز در حال پیشبرد فناوری‌های مرتبط، از جمله بهینه‌سازی توان و توسعه منابع نور آینده هستند.
در بخش صنعتی نیز، شرکت تجهیزات الکترونیکی میکرو شانگهای (SMEE) در سال 2023 برای ژنراتورهای تابش EUV ثبت اختراع کرد. این اقدام نشان از پیشرفت این شرکت به سوی تولید تجهیزات لیتوگرافی داخلی دارد. با این حال، SMEE هنوز از رهبران جهانی این صنعت مانند ASML عقب‌تر است و نمی‌تواند ماشین‌هایی را برای تولید انبوه تراشه‌های زیر 28 نانومتر تولید کند. این نشان می‌دهد که چین هنوز راه زیادی برای رسیدن به خودکفایی کامل در این زمینه دارد.
چالش‌ها و چشم‌انداز آینده
صنعت نیمه‌هادی چین با چالش‌های متعددی روبرو است، از جمله وابستگی به قطعات وارداتی و محدودیت‌های اعمال شده توسط ایالات متحده. با وجود این موانع، رویکرد چندجانبه این کشور، که شامل نوآوری‌های فناورانه، همکاری‌های علمی و سرمایه‌گذاری‌های استراتژیک است، نشان از عزم جدی آن برای غلبه بر این موانع و دستیابی به خودکفایی در تولید تراشه‌های پیشرفته دارد. به نظر می‌رسد که چین با تمام توان در تلاش است تا فاصله خود را با رقبای جهانی در این عرصه حیاتی کاهش داده و به یک بازیگر قدرتمند در صنعت نیمه‌هادی‌ها و تراشه‌های پردازشی تبدیل شود.
