Чип хэрхэн бүтдэг вэ? Гэрлийн хэвлэлтээс дэлхийн өрсөлдөөн хүртэл

Танд утас, зөөврийн компьютер, ухаалаг цаг байгаа бол та өдөр бүр чип ашиглаж байна. Чип бол эдгээр төхөөрөмжийн "тархи" юм. Тоглоом тоглох, зураг авах, хиймэл оюун ухаантай ярилцах бүхнийг тэр жижиг хавтан гүйцэтгэдэг.

Чип гэж юу вэ?

Чипийг жижигхэн хот гэж төсөөлье. Тэр хотод олон тэрбум гэрлийн унтраалга, тэднийг холбосон нарийн зам, утас байна. Унтраалга бүр нээлттэй (1) эсвэл хаалттай (0) гэсэн хоёр л байдалтай. Таны утсан дахь зураг, дуу, тоглоом бүгд эдгээр 1 ба 0-ийн урт цуваа юм.

Ийм жижиг унтраалгыг транзистор гэнэ. Орчин үеийн хамгийн нарийн чип дээр хумсны хэмжээтэй талбайд арав орчим тэрбум транзистор багтдаг. Дэлхийн хүн ам 8 орчим тэрбум. Тэгэхээр нэг чип дээр дэлхийн хүн бүрт нэг унтраалга ногдоод ч үлдэнэ гэсэн үг.

Транзистор жижиг байх тусам нэг чип дээр илүү олон багтана. Олон байх тусам чип хурдан ажиллаж, цахилгаан бага зарцуулдаг. Тиймээс чип үйлдвэрлэгчид хэдэн арван жилийн турш нэг л асуултыг шийдсээр ирсэн нь "Үүнийг хэрхэн бүр жижиг хийх вэ?" гэдэг асуулт юм.

Чипийг яаж хэвлэдэг вэ?

Чипийг хэн ч гараар угсардаггүй. Түүнийг фотолитографи буюу гэрлийн хэвлэлт гэдэг аргаар хийдэг. Нэр нь төвөгтэй сонсогддог ч зарчим нь энгийн.

Хананд трафарет наагаад будаг цацахад нүхээр нь л будаг тусаж, зураг гардаг. Фотолитографи яг үүнтэй төстэй. Ялгаа нь будгийн оронд гэрэл хэрэглэдэг.

1. Цахиур хавтанг гэрэлд мэдрэмтгий нимгэн бүрхүүлээр хучна. Энэ нь хуучин зургийн хальс шиг гэрэлд хариу үйлдэл үзүүлдэг.

2. Схемийн зураг бүхий маскаар (трафарет) дамжуулан гэрэл тусгана. Проектор том зургийг ханан дээр тусгадагтай адил боловч эсрэгээр ажиллана. Том зургийг маш жижиг болгож хавтан дээр тусгадаг.

3. Гэрэл туссан хэсгийн химийн шинж чанар өөрчлөгддөг. Тиймээс угаахад зарим хэсэг арилж, хэв үлдэнэ.

4. Үлдсэн хэвийн дагуу хавтанг сийлж, эсвэл шинэ материал нэмж нэг давхаргыг бүтээнэ.

Энэ нь чипийн нэг давхрын төлөвлөгөөг хэвлэсэнтэй адил. Харин чип олон давхартай. Давхарга бүрийг дахин дахин давтана. Орчин үеийн нарийн чипийн хувьд ойролцоогоор зуун удаагийн гэрлийн тусгал хийдэг. Олон давхар барилгыг давхар давхраар нь барьж байгаа юм шиг төсөөлж болно.

Яагаад гэрлийн долгионы урт чухал вэ?

Гэрлээр хэвлэхэд нэг хязгаар бий. Хэвлэж болох зургийн нарийвчлал нь гэрлийн долгионы уртаас хамаарна. Зузаан маркераар нарийн үсэг бичиж чаддаггүйтэй адил, урт долгионтой гэрлээр нарийн хэв хэвлэж болдоггүй. Гэрлийн долгион бол үзгийн үзүүр юм. Үзүүр нь нарийн байх тусам нарийн зураг гарна.

Тиймээс инженерүүд хэдэн арван жилийн турш гэрлийн долгионы уртыг аажмаар богиносгож ирсэн.

Гэрлийн төрөл Долгионы урт

Мөнгөн усны гэрэл 365 нм

Хэт ягаан туяа 248 нм

Хэт ягаан туяа (өндөр зэрэглэл) 193 нм

Экстрем хэт ягаан (EUV) 13.5 нм

193 нм-ээс цааш гэрлийг өөрчилж чадахгүй болохоор нэг давхаргыг хэд хэдэн удаа давтан хэвлэх аргыг хэрэглэж байв. Энэ нь төвөгтэй бөгөөд үнэтэй. Хамгийн сүүлийн шийдэл нь 13.5 нм-ийн EUV гэрэл юм. Энэ нь өмнөх 193 нм-ээс ойролцоогоор 14 дахин богино долгионтой. Өөрөөр хэлбэл, үзгийн үзүүрийг 14 дахин нарийсгасантай адил.

Дэлхийн хамгийн нарийн машин

EUV гэрлийг ашиглахад гурван бэрхшээл гарсан.

Эхнийх нь агаар. Манан дундаас машины гэрэл хол гэрэлтдэггүй шиг EUV гэрлийг агаар, шил зэрэг бараг бүх зүйл шингээчихдэг. Тиймээс машин бүхэлдээ вакуумд, өөрөөр хэлбэл агааргүй орчинд ажиллана.

Хоёр дахь нь линз. Энгийн камер, дурангийн шил энэ гэрлийг дамжуулдаггүй. Тиймээс гэрлийг зөвхөн толиор удирдана. Хэв загварыг агуулсан маск хүртэл толь хэлбэртэй.

Гурав дахь нь гэрлийн эх үүсвэр. EUV гэрлийг шууд гаргадаг чийдэн байдаггүй. Тиймээс машин өөрөө түүнийг бүтээдэг.

Гэрлийг яаж бүтээдэг вэ?

Секунд бүр ойролцоогоор 50,000 хайлсан цагаан тугалганы жижигхэн дусал вакуум камерт шидэгдэнэ. Дусал бүрийг хүчирхэг лазер хоёр удаа цохино. Эхний сул цохилт дусалыг хавтгай диск болгоно. Хоёр дахь хүчтэй цохилт түүнийг плазм болгон хувиргаж, EUV гэрэл цацруулна. Тэр плазмын температур 220,000 хэмээс давдаг. Энэ нь Нарны гадаргуугаас ойролцоогоор 40 дахин халуун. Мөн энэ бүхэн секунд тутамд тавин мянга давтагддаг.

Толь

Гэрлийг цуглуулж хавтан руу чиглүүлэх толь бол дэлхийн хамгийн нарийн оптик. Zeiss компанийн толийг Герман улсын хэмжээнд томруулбал түүний хамгийн том согог ердөө 0.1 мм өндөртэй байх тооцоо гардаг. Гэсэн ч толь бүр гэрлийн 70 орчим хувийг л ойлгодог. Хэд хэдэн толинд ойсны дараа анхны гэрлийн цөөхөн хувь л хавтанд хүрнэ.

Яагаад дэлхий чипийн төлөө өрсөлддөг вэ?

Хариулт нь нэг үгэнд багтдаг. Тэр нь төвлөрөл.

Монгол Улсын бүх хүн талхаа нэг л үйлдвэрээс авдаг, тэр үйлдвэр нь өөр нэг л тусгай зуухаар талх жигнэдэг гэж төсөөлье. Тэр үйлдвэр эсвэл зуух зогссон өдөр хэнд ч талх олдохгүй. Дэлхийн хамгийн нарийн чипийн нөхцөл яг ийм байдалтай.

EUV машиныг дэлхийд ганц ASML үйлдвэрлэдэг. Тэр машиныг ашиглан чип үйлдвэрлэх чадварыг гол төлөв TSMC эзэмшдэг. Counterpoint Research-ийн мэдээлснээр TSMC 2026 оны хоёрдугаар улиралд дэлхийн захиалгат чип үйлдвэрлэлийн зах зээлийн 73 орчим хувийг эзэлсэн. Мөн 5 нм ба түүнээс жижиг хамгийн дэвшилтэт чипийн ойролцоогоор 92 хувийг Тайвань үйлдвэрлэж байна. Нэг үйлдвэрлэгчээс нөгөө рүү шилжихэд чипийн загварыг ихээхэн өөрчлөх шаардлагатай. Мөн шинэ үйлдвэр барихад 2–3 жил зарцуулдаг. Тиймээс үйлчлүүлэгчид хурдан сольж чаддаггүй.

Энэ төвлөрөл өнөөдөр илүү мэдрэгдэж байгаа нь хиймэл оюун ухааны хурдацтай өсөлттэй холбоотой. NVIDIA, AMD, Broadcom зэрэг компаниудын хамгийн дэвшилтэт чипийн эрэлт огцом нэмэгдсэн. Тиймээс чип нь эдийн засаг, цэргийн болон хиймэл оюун ухааны хүчин чадлын үндэс болж, улс орнууд тоног төхөөрөмжийн худалдааг хянаж эхэлсэн.

Нэр томьёоны тайлбар

• Чип: олон тэрбум транзисторыг нэг жижиг хавтан дээр нэгтгэсэн бүтэц.

• Транзистор: гүйдлийг нээж хаадаг жижиг унтраалга.

• Цахиур хавтан: чипийг хэвлэдэг дугуй хавтан.

• Фотолитографи: гэрлийн тусламжтайгаар хэв загварыг хавтан дээр шилжүүлэх арга буюу гэрлийн хэвлэлт.

• Нанометр (нм): метрийн нэг тэрбумны нэг. Хүний үсний зузаан бол 70,000 орчим нм.

• EUV: экстрем хэт ягаан гэрэл. Долгионы урт нь 13.5 нм.

• ASML: EUV машиныг дэлхийд ганцаараа үйлдвэрлэдэг Нидерландын компани.

• TSMC: дэлхийн хамгийн дэвшилтэт чипийн ихэнхийг захиалгаар үйлдвэрлэдэг Тайванийн компани.