EUV: la macchina da 350 milioni che nessuno sa replicare

Senza un solo dispositivo non nasce nessun processore moderno per l'AI. heise online, in un articolo su TSMC, e t3n.de, in un testo sulla litografia EUV, spiegano perché questa macchina è il collo di bottiglia dell'intero settore.

Partiamo dalla scala. I nomi dei processi tecnologici, "3 nanometri", "2 nanometri", non hanno nulla a che vedere con le dimensioni reali delle strutture: sono piuttosto nomi di generazione. Gli elementi reali misurano circa 20 nanometri. Un coronavirus misura circa 100 nanometri, un capello umano 80 mila nanometri di spessore. In uno degli attuali chip Apple, su una superficie più piccola di un'unghia, stanno circa 20 miliardi di transistor.

Come si fa? La litografia è una fotografia al contrario. Su una lastra di silicio del diametro di 30 centimetri si stende una vernice fotosensibile, le si proietta addosso un motivo con la luce, si sviluppa e si incide. Poi si aggiunge un altro strato, e così 80 o 100 volte uno sopra l'altro. Il problema è che non si possono impressionare strutture molto più piccole della lunghezza d'onda della luce. Per decenni si è usata la radiazione ultravioletta con lunghezza d'onda di 193 nanometri, spremendola con espedienti: esposizioni multiple e uno strato d'acqua. Quando non bastò più, si passò all'EUV, la luce ultravioletta estrema con lunghezza d'onda di 13,5 nanometri.

Come nasce la luce

Le macchine capaci di produrre questa luce le costruisce una sola azienda al mondo: ASML, nei Paesi Bassi. Un esemplare costa da 200 milioni di euro in su, la generazione più recente viaggia piuttosto intorno ai 350 milioni. Il dispositivo pesa 200 tonnellate, e per il montaggio arrivano tre aerei da trasporto Boeing 747 e alcuni camion.

La produzione della luce suona come l'esperimento che è. Attraverso il vuoto vola una gocciolina di stagno liquido, colpita due volte dal laser: il primo colpo appiattisce la goccia, il secondo la vaporizza in plasma, che per un istante brilla nella banda EUV. La macchina lo fa 50 mila volte al secondo. La luce è così energetica che le lenti normali la assorbirebbero e basta. Al posto delle lenti ci sono specchi. Devono essere così lisci, e il dato viene direttamente da Zeiss, che li produce, che se si ingrandisse uno di essi fino alle dimensioni della Germania la rugosità maggiore misurerebbe un decimo di millimetro.

Perché nessuno la replica

La scala dell'investimento spiega perché un singolo paese non è in grado di ricostruire tutta la catena. heise fa notare che per Taiwan TSMC funziona come uno "scudo di silicio", e le stime citate nell'articolo dicono che interrompere la produzione in quel punto ridurrebbe il prodotto interno lordo mondiale di circa il 10 per cento. Sullo sfondo circolano anche questioni politiche: t3n accenna alle accuse dell'amministrazione USA secondo cui in Cina è finita una macchina EUV avanzata. Già questo mostra quanto sia strategico l'hardware.

Per il lettore in Europa non è solo una curiosità tecnica. Il monopolio olandese sulla litografia e gli specchi tedeschi sono gli unici anelli della catena mondiale dei chip in cui l'Europa conserva ancora una posizione impossibile da aggirare. Il resto, progettazione, produzione e packaging, si è distribuito tra Taiwan, Corea, USA e Cina. È al tempo stesso il miglior argomento nel dibattito europeo sulla sovranità tecnologica e il punto più debole: basta un solo conflitto intorno allo Stretto di Taiwan perché l'intera catena smetta di funzionare.