חברה קטנה מהולנד מחזיקה במפתח לטכנולוגיית העתיד

החברה שאוחזת במפתחות לעתיד אינה אמריקנית או ישראלית, אלא הולנדית. חברת ASML בונה את המכונות המאפשרות ייצור של שבבים מתקדמים. בינה מלאכותית, רובוטים מתקדמים, רשתות חכמות – כולם צריכים שבבים עוצמתיים, והמכונות של ASML מאפשרות את קיומם.

החברה נוסדה בשנת 1984 בידי ענקית האלקטרוניקה פיליפס ויצרנית ציוד השבבים ASMI. פיליפס החליטה להפוך את מחלקת הליתוגרפיה שלה, שעסקה בהדפסה ותחריט בחומרים מתקדמים, לחברה עצמאית, וחיפשה שותף עסקי. ASMI הסכימה להשקיע בתמורה לאחזקה של 50 אחוזים בחברה החדשה, שנקראה בהתאם ASM Lithography או ASML. המטרה הייתה שאפתנית מאוד: להתחרות בענקיות היפניות ניקון וקאנון.

שתי החברות היפניות דחקו בימים ההם מהשוק יצרניות אמריקניות מבוססות. ב־1984 הרעיון שחברה הולנדית קטנה תוכל להתחרות בענקית תעשייה יפנית היה דומה לרעיון שחברה ישראלית קטנה יכולה להתחרות היום בסמסונג וב־TSMC בייצור שבבים. אבל הנס קרה: ASML שולטת היום בשוק הליתוגרפיה העולמי (ב־2019 היא אחזה ב־80 אחוזים ממנו). היא גם החברה היחידה המייצרת כבר היום מכונות ליתוגרפיה מתקדמות הנדרשות לייצור את השבבים שאנו זקוקים להם בעתיד.

ייחודה של ASML והיתרון התחרותי הגדול ביותר שלה הוא השימוש בקרינה על־סגולה קיצונית (EUV). אורך הגל של הקרינה הזאת הוא 13.5 ננומטר; כשמקטינים אותה באמצעות עדשות, אפשר להטביע שבבים בארכיטקטורה של 3 ננומטרים ומטה. ככל שהארכיטקטורה של השבב מיוסדת על רזולוציה גבוהה יותר, כך אפשר "לדחוס" יותר כוח עיבוד בפחות מרחב: באותו השבב בגודל 4 סמ"ר אפשר לדחוס פי שניים כוח עיבוד בטכנולוגיית 3 ננומטרים מאשר בטכנולוגיית 6 ננומטרים.

נדרשו ל־ASML 25 שנות מחקר ופיתוח כדי להביא את הטכנולוגיה לשלב הייצור ההמוני. אינטל יזמה את המחקר לפיתוח מכונות ליתוגרפיה EUV כבר ב־1992, ובהיעדר חברת ליתוגרפיה אמריקנית שתצטרף לפרויקט, היא חלקה את הידע עם ASML. מאז 1994 התמקדה החברה ההולנדית בפיתוח מכונות EUV, אך רק ב־2018 היא הייתה מוכנה להתחיל בייצור המוני שלהן – וכבשה את השוק. כיום היא חברת הטכנולוגיה האירופית הגדולה ביותר, ואחת משלושים החברות הגדולות בעולם.

ייחודה של ASML משך את תשומת ליבם של האמריקנים. ממשל טראמפ וממשל ביידן הטילו מגבלות על ייצוא מכונות ליתוגרפיה מתקדמות לסין, ויצרנים סינים אינם יכולים כיום לייבא את מכונות ה־EUV של ASML. התוצאה היא שהסינים מוגבלים לייצור שבבים בארכיטקטורה של 7 ננומטרים: SMIC, יצרנית השבבים הסינית, הוכיחה שזה אפשרי. הבעיה היא שהתהליך שהיא משתמשת בו הרבה פחות יעיל, דורש שלבים נוספים, ומספר השבבים הפגומים גדל. זה פחות כלכלי לייצר כך שבבים מתקדמים, ושבבים של 3 ננומטרים או פחות מכך כבר יהיו בלתי אפשריים לייצור. ארה״ב לקחה מסין את המפתחות לעתיד, וסין תתקשה מאוד לחקות את המכונות הייחודיות של ASML.

החידוש הטכנולוגי שמאפשר לייצר שבבי 3 ננומטרים, שיפעילו את המחשבים והטלפונים שלנו בעשור הקרוב

1. אור על-סגול מוקרן דרך "מסכה" או "רשת" ובה התבנית שתוטבע בשבב.

האור העל־סגול נוצר כשלייזר רב עוצמה מאדה כדור בדיל זעיר, והופך אותו לפלזמה הפולטת קרינה על־סגולה. הלייזר יורה על הבדיל 50 אלף פעמים בשנייה. הלייזר פותח בידי היצרן הגרמני טרמפף, והוא כולל 457,329 רכיבים, ובהם יהלומים תעשייתיים.

2. מערכות אופטיות של מראות ועדשות מקטינות פי ארבעה את האור הנושא את המידע.

רוב החומרים בולעים קרינה על־סגולה. כדי שהקרן תגיע בשלום ליעדה פיתחה חברת האופטיקה קרל צייס מראות ייחודיות המורכבות ממאה שכבות ננו־מטריות של סיליקון ומוליבדן. המראות המשמשות לשידור הקרן חלקות ביותר: הן מלוטשות במידה כזאת שאם היו גדולות כמו גרמניה, לא הייתה בהן בליטה גבוהה מעשירית המילימטר

הייצור חייב לפעול ב"חדרים נקיים" – אולמות שהטמפרטורה והאוויר בהם מנוטרים בקפידה ומוגבלים לטווח מצומצם, כדי למנוע זיהום שיפגע במכונות, או בחומרים או בקרני האור.

מכונות הליתוגרפיה של ASML מורכבות בהולנד, אבל משתמשות בחלקים שמיוצרים בעשרות מקומות ברחבי העולם. לאחר שהמכונה מוכנה היא נשלחת מוולדהובן לרוכש בתהליך שדורש עשרים משאיות, ארבעים מכולות ושלושה מטוסי בואינג 747.

מחיר כל מכונה כ־300 מיליון דולר. במפעל שבבים מסחרי משתמשים בדרך כלל בעשר מכונות לפחות.

3. המידע מוטבע באמצעות הקרן המוקטנת ב"פרוסת סיליקון": משטח דק ורגיש לאור, תכונות חשמליות. צד אחד שלו מלוטש מאוד וקולט את הטבעת האור והצד האחר גס יותר ומשמש לאחיזה התעשייתית ולחיתוך.

4. אחרי ההטבעה המכונה מזיזה את הפרוסה ומטביעה את הדפוס על החלק הבא בפרוסת הסיליקון. בכל שנייה מוטבע הדפוס 20,000 פעמים, במרחקים של רבע ננומטר זה מזה.

מקובל להשתמש בפרוסות סיליקון בקוטר 300 מ"מ. המכונה של ASML מסוגלת להטביע את השבב על 160 פרוסות כאלה בשעה – כשלוש פרוסות בדקה.

5. מפרוסת סיליקון יחידה נחתכים כ־260 שבבים נפרדים בשטח 4 סמ"ר, ובהם מעגלי לוגיקה וזיכרון ננומטריים רבי עוצמה, שמסוגלים לערוך טריליוני חישובים בשנייה.

על אף התהליך המוקפד והנקי, כמחצית מהשבבים החתוכים מתגלים כפגומים, וחלקם נפסלים לשימוש.