Chiny prezentują pierwszy w kraju system litografii elektronowej Xizhi

Chiny wprowadzają na rynek własny system litografii elektronowej

Chiny oficjalnie ogłosiły ukończenie i wdrożenie pierwszego krajowego systemu litografii wiązką elektronową, nazwanego Xizhi, opracowanego na Uniwersytecie Zhejiang w Hangzhou. To przełomowe osiągnięcie następuje w momencie, gdy kraj wciąż odczuwa konsekwencje trwałych ograniczeń eksportowych, uniemożliwiających import najnowocześniejszych systemów litografii ekstremalnie ultrafioletowej (EUV) – które w większości produkowane są przez holenderską firmę ASML. Chociaż litografia głębokiego ultrafioletu (DUV) nadal jest dostępna, jednak stanowi niższą kategorię technologiczną, pojawienie się Xizhi jest znaczącym krokiem na drodze do uniezależnienia się Chin w zakresie wyposażenia do produkcji półprzewodników.

Znaczenie litografii: procesy technologiczne, długości fal i gęstość tranzystorów

Litografia to kluczowy element współczesnej produkcji układów scalonych, umożliwiający nanoszenie wzorów obwodów na wafle krzemowe. Różne metody litografii wykorzystują odmienne długości fal (lub wiązki), by tworzyć coraz mniejsze struktury. Urządzenia DUV pracują zwykle z długością fali 193 nm, natomiast EUV wykorzystuje światło o długości 13,5 nm, co pozwala na tworzenie układów poniżej 7 nm. Zmniejszenie rozmiaru procesu technologicznego oraz zwiększenie gęstości tranzystorów (liczonych w milionach czy miliardach na milimetr kwadratowy) sprawia, że chipy są coraz wydajniejsze i bardziej energooszczędne. Największe światowe fabryki, takie jak TSMC czy Samsung, już produkują węzły technologiczne 2 nm, co unaocznia skalę wyzwań dla Chin, które nie mają dostępu do zaawansowanych maszyn EUV.

Czym jest Xizhi i jakie oferuje możliwości

Xizhi to narzędzie do litografii elektronowej, które wykorzystuje skupione wiązki elektronów do nanoszenia wzorów na wafle lub maski. Według doniesień krajowych, system pozwala na uzyskanie szerokości linii do ok. 8 nm i charakteryzuje się precyzją pozycjonowania na poziomie 0,6 nm – parametry te odpowiadają międzynarodowym standardom badawczym. Opracowany na Uniwersytecie Zhejiang sprzęt jest ponadto tańszy od porównywalnych rozwiązań importowanych i już budzi zainteresowanie naukowych instytucji badawczych oraz wyspecjalizowanych krajowych fabryk.

Najważniejsze cechy produktu

• Technologia: Litografia elektronowa z bezpośrednim zapisem oraz tworzeniem masek.
• Rozdzielczość: Możliwość trawienia struktur o szerokości około 8 nm.
• Precyzja pozycjonowania: Około 0,6 nm, idealna do prac badawczych oraz prototypowania.
• Koszt: Wariant tańszy w porównaniu do zagranicznych systemów elektronowych.
• Główne zastosowanie: Badania i rozwój (R&D), pisanie masek, produkcja pilotażowa i rozwój procesów – nie zaś masowa produkcja.

Porównanie: litografia e-beam, DUV i EUV

Każda z technologii litografii pełni specyficzną rolę w przemyśle półprzewodników:

• Litografia e-beam: Bardzo wysoka rozdzielczość oraz elastyczność przy tworzeniu prostych wzorów i masek. Niska wydajność sprawia, że metoda ta nie nadaje się do produkcji masowej, natomiast jest niezastąpiona w prototypowaniu oraz przy produkcji układów specjalistycznych w małych seriach.
• DUV (193 nm): Sprawdzona technologia umożliwiająca masową produkcję chipów powyżej 7 nm, szczególnie w połączeniu z wielokrotnym naświetlaniem.
• EUV (13,5 nm): Obecnie jedyne opłacalne rozwiązanie do jednorazowego naświetlania struktur poniżej 7 nm w produkcji wielkoseryjnej. Systemy EUV są jednak wysoce złożone, bardzo kosztowne i objęte ograniczeniami eksportowymi.

Zalety i ograniczenia Xizhi

Zalety:

• Umożliwia prowadzenie krajowych badań nad zaawansowanymi technikami litografii bez uzależnienia od zagranicznych dostawców.
• Niższy koszt zakupu sprawia, że system jest bardziej dostępny dla uniwersytetów i laboratoriów.
• Precyzyjne możliwości bezpośredniego zapisu, przydatne do tworzenia masek, prototypów oraz wyspecjalizowanych podzespołów półprzewodnikowych.

Ograniczenia:

• Niska przepustowość wyklucza użycie Xizhi do masowej produkcji najpopularniejszych układów logicznych.
• Pełna integracja w wielkoskalowe procesy produkcyjne wymaga czasu, dostosowania oprogramowania oraz wsparcia materiałowego.

Obszary zastosowania i znaczenie rynkowe

Xizhi znajdzie szczególne zastosowanie w badaniach, tworzeniu masek oraz pilotażowej produkcji. Uczelnie, laboratoria narodowe i wyspecjalizowane fabryki mogą wykorzystać system do opracowywania nowych technologii, testowania innowacyjnych architektur urządzeń oraz przygotowywania fotomasek dla układów specjalistycznych. Z perspektywy strategicznej, krajowe narzędzia litografii elektronowej przyczyniają się do zmniejszenia zależności od importowanego sprzętu i wspierają rozwój chińskich kompetencji w projektowaniu urządzeń półprzewodnikowych.

Szerszy kontekst: Huawei, SMIC i wyścig do własnej technologii EUV

Premiera Xizhi wpisuje się w szereg doniesień o chińskich próbach rozwoju bardziej zaawansowanych platform litograficznych. Według raportów, Huawei prowadzi testy prototypowej maszyny EUV w zakładzie w Dongguan; planowane są testy jeszcze w tym roku, a masowa produkcja mogłaby ruszyć nawet w 2026 roku. Jeśli wysiłki te się powiodą, własna platforma EUV może radykalnie odmienić sytuację Chin w branży półprzewodników – otwierając SMIC, Huawei i innym graczom drogę do produkcji bardziej zaawansowanych układów i zbliżenia się do wydajności technologii takich firm jak Apple, Qualcomm czy Nvidia.

Rys historyczny

Przed wprowadzeniem amerykańskich ograniczeń eksportowych, Huawei (HiSilicon) należało do największych klientów TSMC pod względem zaawansowanych procesów technologicznych. Układ Kirin 9000 SoC, wykonany przez TSMC w litografii 5 nm i wykorzystany w serii Huawei Mate 40 z 2020 roku, pokazał potencjał technologiczny firmy przy pełnym dostępie do najnowszych metod produkcji. Po nałożeniu sankcji, Huawei musiało szukać alternatywnych dostawców. Niespodzianką dla branży było wprowadzenie w 2023 roku serii Mate 60 z układem Kirin 9000S, prawdopodobnie wyprodukowanym przez SMIC w technologii 7 nm, co pozwoliło przywrócić obsługę 5G w urządzeniu flagowym.

Podsumowanie: ważny krok, nie koniec drogi

System Xizhi stanowi znaczące osiągnięcie dla krajowych badań i prototypowania półprzewodników w Chinach, choć nie rozwiązuje problemu braku wysokowydajnych maszyn DUV/EUV do masowej produkcji chipów o rozmiarze poniżej 7 nm. Niemniej wpisuje się on w szerszą strategię – obejmującą rozwój własnych rozwiązań EUV i inwestycje w badania nad sprzętem – wskazując na konsekwentne wzmacnianie krajowych kompetencji. Dla ekspertów i analityków branży to sygnał, że Chiny zamierzają zbudować zintegrowany ekosystem urządzeń półprzewodnikowych w oparciu o własne zasoby.