تعتبر صناعة الرقائق من أكثر الصناعات تأثيرًا في العالم الحديث، حيث تلعب دورًا حاسمًا في تطوير التكنولوجيا.
الآلة التي تبلغ قيمتها 400 مليون دولار والتي تدعم مستقبل صناعة الرقائق
تثير الهيمنة التي تتمتع بها شركتان فقط في مجال صناعة الرقائق القلق لدى بعض الأفراد والحكومات. تتحكم شركتان كبيرتان فقط في هذا المجال: ASML، التي تصنع آلات الطباعة الضوئية، وTSMC، العملاق التايواني في صناعة الرقائق، الذي يستخدم آلات ASML لصنع الغالبية العظمى من جميع الرقائق الدقيقة. هذه الثنائيّة قوية لدرجة أن لها تداعيات جيوسياسية. في محاولة لمنع الصين من تطوير الذكاء الاصطناعي المتقدم، ضغطت الحكومة الأمريكية على الحكومة الهولندية لفرض حظر في عام 2019: لا يُسمح لشركة ASML ببيع الآلات المتطورة لأي شركة صينية. من الناحية الجيوسياسية، يقول مارك هيجينك، مؤلف كتاب Focus: The ASML Way، “إن الرقائق هي النفط الجديد”. يمكن أن يكون الحرمان منها مدمرًا تمامًا كما هو الحال مع النفط. وفي هذه الاستعارة، يمكن القول إن ASML هي مضيق هرمز.
الاعتماد على سلسلة التوريد العالمية
يقول جيمس براود، المؤسس المشارك والرئيس التنفيذي لشركة Substrate الناشئة في مجال الطباعة الضوئية، إن الوضع ليس مثاليًا. الولايات المتحدة “تعتمد بشكل خطير” على سلسلة توريد تتواجد في الخارج وتزداد تكلفة. “هناك تركيز كبير في عدد قليل من اللاعبين”، كما يقول براود. “وسلسلة التوريد مكلفة للغاية.”
التنافس على الهيمنة
لهذا السبب، بعد عقدين من هيمنة ASML، تتطلع الشركات المنافسة الآن إلى اقتحام مجالها. تستثمر الصين مليارات الدولارات في محاولة لتكرار تقنية ASML. كما تسعى الشركات الناشئة مثل Substrate إلى دخول اللعبة أيضًا، حيث تهدف إلى إنشاء آلات طباعة ضوئية تكون أرخص وأصغر وأكثر قدرة من عمالقة ASML. هل سينجح أي منهم؟ يبدو أن المستقبل القريب ينتمي إلى ASML، ولكن كما يعرف مهندسوها جيدًا، يمكنك إزاحة عملاق باستخدام الحيلة المناسبة.
عملية صناعة الرقائق
صناعة الرقائق، بشكل غريب، تشبه قليلاً عملية طباعة تصميم على قميص. لطباعة نمط على شريحة سيليكون، تبدأ بنمط على قناع – وهو قناع يحمل التصميم. يتم تسليط الضوء على القناع لنقل هذا النمط إلى الشريحة. يتفاعل الضوء مع طبقة من المواد الكيميائية على الشريحة، مما يثبت النمط في مكانه.
تحدد حجم ميزات الشريحة جزئيًا من خلال طول موجة الضوء الذي تستخدمه الآلة: كلما كان طول الموجة أصغر، كلما كان بإمكانك إنشاء دوائر أصغر. يمكنك توسيع قدرات طول الموجة إلى حد ما؛ زيادة ما يُعرف باسم الفتحة العددية، والذي يعني عادةً استبدال العدسة بأخرى أكبر، يمكن أن يركز الضوء بشكل أكبر وبالتالي يضع أنماطًا لمكونات أصغر وأصغر. في النهاية، على الرغم من ذلك، تصل هذه الحيلة إلى حدها، وتحتاج إلى العثور على شكل جديد من الضوء بطول موجة أصغر.
تاريخ صناعة الرقائق
لذا، كانت تاريخ صناعة الرقائق عبارة عن رقصة من خطوتين. تجد الصناعة مصدرًا جيدًا للضوء، ثم تزيد الفتحة العددية، وأخيرًا تقبل الحاجة إلى طول موجة أصغر، مما يبدأ الرقصة من جديد. حتى أوائل التسعينيات، كانت شركات الرقائق تستخدم الضوء المرئي، بطول موجة يبلغ حوالي 400 نانومتر. بحلول منتصف التسعينيات، كانوا قد قاموا بالترقية إلى الأشعة فوق البنفسجية العميقة، وصولاً إلى طول موجة يبلغ 193 نانومتر. بحلول أواخر التسعينيات، رأوا نهاية الطريق تقترب بالنسبة للأشعة فوق البنفسجية العميقة. ولكن ماذا سيأتي بعد ذلك؟
كانت جميع الخيارات مزعجة. يمكنهم الانتقال إلى الأشعة السينية، بطول موجة صغير يبلغ نانومتر واحد، ولكن كان من الصعب جدًا تركيزها. كانت أشعة الإلكترونات والأيونات دقيقة بنفس القدر؛ لكنها كانت تعمل مثل الطابعات النقاطية، حيث تنقل نمطًا نقطة بنقطة، وهو ما كان بطيئًا للغاية. (تريد صناعة الرقائق آلة تنتج مئات الشرائح في الساعة.)
“إنها شركة تعتمد بشكل كبير على الهندسة: دعونا نرسل الآلاف من المهندسين ونجعلهم يحلون هذه المشاكل. هذا ما فعلوه، ونجحوا.”
جيف كوك، محلل، SemiAnalysis
حوالي عام 2001، راهنت ASML، التي كانت آنذاك لاعبًا أصغر في عالم الطباعة الضوئية، على خيار آخر: EUV، بطول موجة قريب من نطاق الأشعة السينية. كانت نيكون وكانون تعملان عليه أيضًا، لكنهما انسحبتا – بينما استمرت ASML. كانت الفكرة مليئة بالشكوك. لم يكن أحد يعرف كيفية توليد هذا النوع من الضوء بشكل موثوق، ولا كيفية تركيزه؛ يتم امتصاص EUV بواسطة العدسات الزجاجية العادية. يتم امتصاصه حتى بواسطة الهواء. اعتقدت ASML أنه سيستغرق ست سنوات كاملة للتغلب على كابوس البحث والتطوير هذا.
مع استمرار الابتكار والتطور في هذا المجال، يبقى السؤال: هل ستظل ASML في الصدارة أم ستظهر منافسة جديدة؟
