Fakat ASML’yi tahtından etmek kolay olmayacak
Eindhoven, sakin bir Hollanda kasabası. Birçoğu Yapay Zekâ’nın (AI) geleceğinin buraya bağlı olduğunu beklemezdi. Fakat kasabanın hemen yanı başında, lithography (litografi) araçları olarak bilinen ve en gelişmiş AI çiplerini üretmek için gereken makineleri yapan ASML şirketinin merkezi bulunuyor. ASML’nin son geliştirdiği makine, yaklaşık 150 ton ağırlığında, iki nakliye konteyneri büyüklüğünde ve 350 milyon dolar civarında bir fiyata sahip. Bu, aynı zamanda dünyada satılan en gelişmiş makine konumunda.
Şirketin uzmanlığı, onu küresel bir teknoloji savaşının merkezine yerleştiriyor. Amerika, Çin’in gelişmiş AI çipleri üretmesini engellemek için, ASML’nin en üstün ekipmanlarını Çinli çip üreticilerine satmasını yasakladı. Buna karşılık, Çin milyarlarca dolar harcayarak yerli alternatifler geliştirmeye çalışıyor. Öte yandan Japon rakibi Canon, ASML’nin hâkimiyetini zayıflatmak için daha basit ve daha ucuz bir teknolojiye yatırım yapıyor. Fakat yazılım alanında olduğu gibi liderliğin aylar içinde el değiştirmesi bu sektörde pek mümkün değil; çünkü litografi alanında başarı, on yılları bulan yavaş bir yarışla ölçülüyor. ASML’yi geçmek kolay değil. Bu yarışın temelinde, geleceğin bilgi işlem, yapay zekâ ve genel olarak teknoloji dünyasını şekillendirecek bir makinenin kontrolü yatıyor.
BS Ekonomi Bağımsız Medyasını Destekleyin
Eğer abone iseniz giriş yapınız.
Aklı Zorlayan Bir Makine
ASML’nin en gelişmiş makinesi gerçek anlamda hayret verici. Çalışma prensibi, 50.000 eriyik kalay damlasının vakum odasına ateşlenmesiyle başlıyor. Her damla, art arda iki lazer darbesi alıyor—önce zayıf bir lazer darbesi damlayı ufak bir “pankek” şekline dönüştürüyor, ardından güçlü bir lazer darbesi onu buharlaştırıyor. Böylece her damla yaklaşık 220.000°C sıcaklığa kadar ısınıp, Güneş yüzeyinin 40 katı kadar olan bir sıcaklığa ulaşarak “aşırı ultraviyole” (extreme ultraviolet, EUV) denilen çok kısa dalga boylu ışığı yayıyor. Bu ışık, yüzey kusurları metrenin trilyonda biri seviyesinde ölçülen aşırı pürüzsüz bir dizi aynadan yansıyor. Aynalar ışığı, çip devrelerinin şablonunu taşıyan bir maske (ya da kalıp) üzerine odaklıyor. Son adımda ışık, maskeden yansıyarak ışığa duyarlı kimyasallarla kaplı silikon bir plakaya (wafer) çip tasarımını basıyor.
Yüksek Risk
ASML’nin araçları, modern çip üretimi için vazgeçilmez. TSMC, Samsung ve Intel gibi devler, akıllı telefon çiplerinden AI hızlandırıcılarına kadar ileri düzey işlemcileri üretmek için bu makinelere güveniyor. 7 nanometre ve altı üretim için güvenilir şekilde baskı yapabilen makineleri üreten tek şirket ASML (eskiden bu ölçü adlandırmaları fiziksel çözünürlükle ilişkiliyken, günümüzde daha çok pazarlama için kullanılıyor). Daha “olgun” sayılan 14nm ve üstü teknolojilerde de, ASML araçları pazarın %90’ından fazlasını elinde tutuyor.
Bir mikroçip, elektronik bir lazanya gibidir: Transistör tabanının üzerinde katmanlar hâlinde veriyi ve gücü taşıyan bakır bağlantılar bulunur. İleri düzey bir işlemcide, 100 milyardan fazla transistör, 70’ten fazla katman ve 100 kilometreden uzun bağlantı vardır; üstelik bütün bunlar standart bir posta pulundan biraz daha büyük bir silikon parçasına sığar. Bu ufak öğeleri inşa etmek için litografi makinesi, plakayı katman katman işleyerek transistörlerin ve metal bağlantıların desenlerini oyar. Tek bir silisyum plaka, yüzlerce çip barındırabilir.
ASML’nin makinesi karmaşık olsa da, temel ilkesi eski bir slayt projektörü gibidir: Işık bir şablondan geçerek yüzeye bir görüntü yansıtır. Bir optik litografi makinesinin basabileceği en küçük özellik boyutu başlıca iki faktöre bağlı. İlki, ışığın dalga boyu. Daha ince bir boya fırçası nasıl daha ince detaylara olanak sağlarsa, daha kısa dalga boyları da daha küçük desenler oluşturmaya izin verir. ASML’nin eski sistemleri, dalga boyu 248nm ile 193nm arasında olan derin ultraviyole (DUV) ışık kullanıyor ve 38nm boyutuna kadar üretim yapabiliyordu.
Özellikleri daha da küçültmek için ASML, dalga boyu 13.5nm olan EUV ışığına geçti. Güneş’in koronasından uzaya doğal olarak yayılan bu ışığı Dünya’da üretmek çok daha zorlu bir süreç. Üstelik EUV, hava, cam ve çoğu malzeme tarafından tamamen emiliyor; bu yüzden işlem bir vakum ortamında gerçekleşmeli ve ışığı yansıtıp yönlendirmek için özel aynalar kullanılmalı. ASML, eriyik kalay damlalarına lazer vurma yöntemini kusursuz hâle getirmek için 20 yıl harcadı.
Bir diğer belirleyici etken, aynaların sayısal açıklığı (NA)—yani gelen ışığı ne kadar toplayıp odaklayabileceği. ASML’nin “yüksek NA EUV” olarak adlandırdığı son sistemler, 0.55 açıklığa sahip aynalar kullanarak 8nm gibi küçüklükte özellikler basabiliyor. Daha da küçük boyutlara inmek için firma, “hiper-NA” adını verdiği bir konsepti araştırıyor: Mevcut EUV ışığıyla açıklığı 0.75’in üzerine çıkarma fikri. Daha yüksek NA, daha geniş açılardan gelen ışığı topluyor ve hassasiyeti artırıyor. Ancak bedeli var: Büyük açıklık, aynaların daha büyük ve daha ağır olmasını gerektiriyor. ASML, makinelerinin NA’sını 0.33’ten 0.55’e yükseltirken, aynalar hem boyut olarak iki katına çıktı hem de on kat daha ağırlaştı, birkaç yüz kiloya ulaştı. NA’yı yeniden artırmak, daha fazla hacim ve daha yüksek güç tüketimi anlamına geliyor.
Fiyat etiketi de başka bir engel. ASML kesin rakamları açıklamasa da en yeni EUV makinesi, bir önceki neslin neredeyse iki katı fiyata sahip. Hiper-NA sistemi bundan da pahalı olurdu. Şirket, böyle bir makinenin kesin üretileceği garantisi olmadığını söylese de, ASML teknoloji şefi Jos Benschop, talep olması halinde hiper-NA makinenin 5-10 yıl içinde gelebileceğine inanıyor.
Bazı araştırmacılar, 6nm civarında dalga boylarına geçmeyi planlayarak EUV’nin ötesine bakıyor. Bu, ışık kaynakları, optikler ve wafer üzerindeki ışığa duyarlı kaplama (foto direnç) dahil pek çok alanda sıçramalar gerektirecek. Kısa dalga boyları, “shot noise” (desenleri bulanıklaştıran rastgele parçacık hareketleri) gibi yeni zorluklar da getiriyor. Ancak İsviçre’deki Paul Scherrer Enstitüsü’nden Yasin Ekinci, bunun “B planı” olduğunu ve hiper-NA beklentileri boşa çıkarsa gündeme alınacağını söylüyor.
Çin Ne Yapıyor?
ASML, optik litografinin sınırlarını zorlarken, en ileri çip yapım araçlarından mahrum kalan Çin, hâlâ ithal edebildiği 28nm ve üzeri kapasiteli ASML makinelerinden daha fazlasını elde etmeye çalışıyor. Örneğin çoklu desenleme (multi-patterning) adı verilen bir yöntemle, desen birden çok aşamada plakaya işlenerek daha küçük detaylar basılabiliyor. Etkili olsa da bu yöntem üretimi yavaşlatıyor ve karmaşıklaştırıyor.
Çin ayrıca kendi litografi araçlarını geliştirmeye de uğraşıyor. Devlete ait SMEE şirketinin, DUV ışığı kullanarak 28nm çip üretebilen bir makinede ilerleme kaydettiği bildiriliyor. Ama EUV sistem geliştirmek çok daha zorlu. Araştırma şirketi SemiAnalysis’ten Jeff Koch, EUV ışığının kendisini ustalıkla üretmenin yanı sıra, Çin’in ASML’nin 5.000’den fazla uzman tedarikçiye dayanan devasa tedarik zincirini de kopyalaması gerektiğini vurguluyor.
Dolayısıyla üst düzey litografi alanında ASML’nin üstünlüğü sarsılmaz görünüyor. Fakat geçmişte sektör lideri olan Canon, bir alternatif geliştirerek bu üstünlüğü kırmaya çalışıyor. Nanoimprint litografi (NIL), devre desenlerini wafer üzerine, bir baskı makinesi misali doğrudan “damgalayarak” aktarıyor. Kuramsal olarak NIL, nanometre hassasiyetinde üretim yapabilir ve ASML’nin EUV makinelerine daha düşük maliyetli bir rakip olarak öne çıkar.
NIL süreci, önce elektron ışını ile devre şablonunun işlendiği bir ana maske (master) üretmekle başlıyor. Ardından wafer üzerine sıvı reçine damlaları uygulanıyor ve maske, devre desenini wafer’a bastırıyor. Sonrasında ultraviyole ışık, reçineyi katılaştırarak devre desenini oluşturuyor; maske kaldırılıyor ve her katman için bu işlem tekrar ediliyor. Canon, bu yöntemle ASML’nin benzer makinesine kıyasla %40 civarında daha düşük maliyet sağladığını tahmin ediyor.
NIL’in yaygın bir çip üretim teknolojisine dönüşmesi için aşması gereken ciddi zorluklar var. Birincisi, kusurlar: Kalıbın üzerindeki ufak parçacıklar veya kusurlar, tüm plakaya tekrar eden hatalar işleyebilir. İkinci sorun hizalama: Çipler katman katman inşa edildiği için, her katmanın deseninin tam örtüşmesi gerekir. Wafer’ın yüzeyindeki ufak eğrilikler veya maske ile wafer arasındaki küçük bir hizalama hatası, nanosaniyelik ölçeklerde devre hatalarına yol açar. Canon, nanometre düzeyinde hassasiyet sağladığını iddia ediyor ama bunu sürekli kılmak güç. Ayrıca saatlik işlem kapasitesi (throughput) de düşük: ASML’nin yüksek NA EUV araçları saatte 180’den fazla wafer işleyebiliyor; bazı eski modeller iki katına yakın kapasiteye sahip. Buna karşılık Canon’un son NIL sistemi, saatte 110 wafer civarında işliyor—şimdilik yüksek hacimli üretim için daha az elverişli.
Şimdiye dek NIL, yarı iletken üretiminden ziyade akıllı telefon ekranları ve diğer yüksek hassasiyetli bileşenlerde daha çok başarı elde etti. Teknoloji şu anda bellek çipleri üretiminde kendine yer bulmaya başlıyor; çünkü bellek yongalarında hata oranının yüksek olması, mantık (işlem) çiplerine kıyasla daha tolere edilebilir. Canon’un optik bölümünün başkanı Iwamoto Kazunori, NIL’in EUV litografiyle bir arada var olabileceğine, üretim süreçlerinin bazı adımlarını daha ucuza gerçekleştirebileceğine ve en ince detaylardan uzak duracağına inanıyor.
Böylesi yenilikler, yeni nesil AI modellerini çalıştırabilecek daha hızlı ve enerji verimli çipler tasarlamaya yardımcı olabilir. Fakat ASML dikkatli olmazsa, dünyanın en önemli makinesi unvanını sonsuza dek elinde tutamayabilir. (Kaynak: The Economist)
