ASML High-NA EUV: চিপ উৎপাদন যেন জাদুর মতো

কিছু প্রযুক্তি একসময় এত স্বাভাবিক হয়ে যায় যে আমরা প্রায় ভুলেই যাই, আসলে সেগুলো কতটা অবিশ্বাস্য।

SpaceX এখন গড়ে প্রায় প্রতি দুই থেকে আড়াই দিনে একটি রকেট কক্ষপথে পাঠাচ্ছে। মহাকাশ থেকে ইন্টারনেট আর Science Fiction নয়, বরং অ্যাপ, রাউটার আর মাসিক সাবস্ক্রিপশনসহ একটি পণ্য। আমরা পকেটে সুপারকম্পিউটার বহন করি, ট্রেনে ভিডিও স্ট্রিম করি, contactless পেমেন্ট করি, IP network দিয়ে ফোন করি এবং আশা করি সবকিছু সহজেই কাজ করবে।

এই প্রযুক্তিগুলোর অনেকগুলোর ক্ষেত্রে অন্তত মূল প্রক্রিয়াটা আমি কল্পনা করতে পারি। routing কীভাবে কাজ করে, submarine cable কেন ইন্টারনেটের আসল backbone, আর TCP, DNS, BGP, fiber, satellite link এবং firewall কীভাবে একসঙ্গে কাজ করে, সেটা আমি বুঝি। রকেট আর engine-এর ক্ষেত্রেও যথেষ্ট ভিডিও, cutaway drawing এবং physics দিয়ে একটা ধারণা তৈরি করা যায়। engineer-level নয়, কিন্তু এতটুকু যে সেটা পুরোপুরি রহস্যময় থাকে না।

আধুনিক chip manufacturing-এর ক্ষেত্রে ব্যাপারটা আলাদা।

আমি অবশ্যই মোটামুটি জানি যে chip silicon দিয়ে তৈরি, transistor ছোট হচ্ছে, wafer expose, etch এবং coat করা হয়। কিন্তু modern lithography-র সত্যিকারের মাপের জগতে ঢুকলেই আমার বোঝাপড়া ভেঙে পড়ে। তখন আমরা আর শুধু “ছোট” নিয়ে কথা বলছি না, বরং এমন structure নিয়ে কথা বলছি, যা আমার স্বাভাবিক কল্পনার এত নিচে যে পুরো জিনিসটা আবার জাদুর মতো লাগে।

আর তারপর সামনে আসে ASML-এর এই মেশিন: High-NA EUV। 400 মিলিয়ন ডলারেরও বেশি দামের একটি system। double-decker bus-এর চেয়েও বড়। এত জটিল যে এটি module আকারে পৃথিবী ঘুরে যায়, customer site-এ আবার জোড়া লাগে এবং মানুষ যত পরিষ্কার environment বানাতে পারে, শুধু সেখানেই কাজ করতে পারে। একটি মেশিন, যা প্রতি সেকেন্ডে দশ হাজারবার তরল tin-এর ক্ষুদ্র drop-কে laser দিয়ে আঘাত করে, সেখান থেকে extreme ultraviolet light তৈরি করে এবং wafer-এর ওপর pattern ছাপে, যেগুলো থেকে পরে CPU, GPU, AI accelerator এবং smartphone chip তৈরি হয়।

একটা ভাবনা আছে: যা বোঝা যায় না, তা জাদুর মতো লাগে। EUV lithography আমার কাছে ঠিক এমনই লাগে। কিন্তু মজার বিষয় হলো, আপনি যখন এটাকে বুঝতে শুরু করেন, তখন এটি কম জাদুকরী হয় না। বরং আরও পাগলাটে লাগে।

এই ছবিটা আমার কাছে ভালোভাবে দেখায় কেন মেশিনটা আমাকে এত টানে: ভেতরে এটি যেন ভবিষ্যতের একটা খোলা অংশ, আর customer-এর fab-এ পরে সেটাই বড় সাদা industrial box হিসেবে দাঁড়িয়ে থাকে।

কয়েকটি সংখ্যা, যা দুবার পড়তে হয়

physics-এ ঢোকার আগেই মাপটা একবার দেখা দরকার। বড় সংখ্যা মানেই ভালো technology নয়, কিন্তু এই মেশিনকে না হলে খুব abstract লাগে।

একটি High-NA EUV মেশিন স্রেফ ship করা হয় না। ASML-এ সেটি build, qualify, আবার খুলে ফেলা হয় এবং module আকারে customer-এর কাছে পাঠানো হয়। গণনার পদ্ধতি অনুযায়ী এর পেছনে প্রায় 800 থেকে 5'000 supplier আছে। বড় subsystem কয়েকটি দেশে তৈরি হয়, Veldhoven-এ একত্রিত হয় এবং তারপর fab-এ যায়: একটি মাত্র মেশিনের জন্য আনুমানিক 250 container, 25 থেকে 30 truck এবং সাতটি Boeing 747।

এর সঙ্গে আছে প্রায় 100'000 individual part, প্রায় 40'000 screw, প্রায় 3'000 cable এবং দুই কিলোমিটারেরও বেশি line বা hose। customer site-এ connect করতে লাগে 2'000-এর বেশি electrical connection। এটা আর “একটি device” নয়। এটা একটি ছোট industrial ecosystem, যার আপাতত একটাই কাজ: আলোকে এত নিখুঁতভাবে control করা, যাতে modern chip তৈরি করা যায়।

manufacturing নিজেও সাধারণ mechanical engineering-এর মতো শোনায় না। EUV factory-তে প্রায় 2'000 মানুষ কাজ করে, এবং সেটা 24/7। একটি High-NA machine build, test এবং qualify হতে প্রায় দেড় বছর লাগে। তবুও তখনও এটি “finished” নয়, এমন কোনো product নয় যা pallet-এ তুলে দেওয়া যায়। সেটি আবার খুলে ফেলা হয় এবং তারপরই fab-এ যায়।

environment-টাই extreme। ASML cleanroom-কে 0.1 micrometer-এ প্রতি cubic meter-এ সর্বোচ্চ প্রায় 10 particle হিসেবে বর্ণনা করা হয়। তুলনায় খুব পরিষ্কার একটি operating room-এ প্রায় 10'000 particle per cubic meter থাকে। আর আমরা এমন particle নিয়ে কথা বলছি, যেগুলো pollen বা fine dust-এর চেয়েও অনেক ছোট।

ভেতরে বিষয়টা আরও অবিশ্বাস্য হয়। মেশিনটি ক্ষুদ্র tin drop-এ fire করে, যেগুলো আকারে প্রায় blood cell-এর মতো। এর জন্য একটি CO2 laser কয়েকটি amplifier পেরিয়ে আনুমানিক 20'000 watt পর্যন্ত নেওয়া হয়। এই drop-গুলো প্রতি সেকেন্ডে দশ হাজারবার আঘাত পায়। নতুন source-গুলোতে প্রতি drop-এ তিনটি laser pulse থাকে: আগে আকার দেওয়া, তারপর পাতলা করা, তারপর পুরোপুরি plasma-তে রূপান্তর করা। প্রতি সেকেন্ডে 50'000 drop হলে ভাবনায় দাঁড়ায় প্রতি সেকেন্ডে 150'000 নির্ভুল laser hit। আর পুরো ধারণাটা “বেশিরভাগ সময়” hit করা নয়। system-টাকে industrial reliability সহ hit করতে হয়।

scanner-এর movement-ও absurd। reticle, অর্থাৎ chip pattern থাকা mask, আরাম করে সরানো হয় না। acceleration থাকে 20 g-এর বেশি; EXE platform-এর জন্য ASML এমনকি reticle stage-এ 32 g বলে। এটা প্রায় এমন এক race car-এর মতো, যা 0.09 সেকেন্ডে 0 থেকে 100 km/h-এ যায়। একই সঙ্গে chip layer-এর overlay nanometer range-এ ঠিক থাকতে হয়।

তারপর আসে সেই ছবি, যা মাথা থেকে নামাতে পারি না: ভাবুন, একটি mirror-এর পাশে ক্ষুদ্র laser বসানো আছে। beam যাচ্ছে চাঁদ পর্যন্ত। সেখানে একটি coin রাখা। mirror control এত সূক্ষ্ম যে আপনি শুধু মোটামুটি “coin” hit করছেন না, বরং beam coin-এর এক পাশে নামবে নাকি অন্য পাশে, সেটাও ঠিক করতে পারেন। angular control এই scale-এই চলে, অর্থাৎ picoradian range-এ। এমন তুলনা অবশ্যই সরলীকরণ। কিন্তু precision-টা অনুভব করতে সাহায্য করে। আমরা সাধারণ machine-building অর্থে “খুব accurate” নিয়ে কথা বলছি না। আমরা এমন industrial system নিয়ে কথা বলছি, যেখানে কয়েকটি atom-এর offset-ও relevant হয়ে যায়।

ASML আসলে কী বানায়

ASML chip বানায় না। এটা গুরুত্বপূর্ণ। ASML সেই মেশিন বানায়, যার সাহায্যে TSMC, Samsung, Intel, SK hynix, Micron এবং আরও অনেক company silicon wafer-এর ওপর সবচেয়ে সূক্ষ্ম pattern বসায়।

TSMC মানে Taiwan Semiconductor Manufacturing Company। অনেকেই Apple, Nvidia, AMD বা Qualcomm-কে chip brand হিসেবে চেনেন। TSMC প্রায়ই পর্দার আড়ালের factory: contract manufacturer, যে এসব design-কে বাস্তব chip-এ পরিণত করে।

একটি আধুনিক chip মূলত electrical switch দিয়ে বানানো এক কৃত্রিম শহর: বহু layer এবং শত শত kilometer wire-সহ nanometer-scale computing city। একেবারে নিচে থাকে billion transistor। তার ওপর থাকে wire, insulator, contact এবং ক্ষুদ্র structure-এর layer, যা সবকিছু connect করে। কিছু chip-এ প্রায় 100 layer পর্যন্ত থাকে, এবং প্রতিটি layer-কে আগেরটির সঙ্গে অত্যন্ত নিখুঁতভাবে মেলাতে হয়। দুইটি layer সামান্য shift হলে chip শুধু “একটু খারাপ” হয় না, সম্ভাব্য scrap হয়ে যায়।

এর কেন্দ্রীয় প্রযুক্তির নাম photolithography। খুব সরল করে বললে একটি cycle এমন:

1. silicon wafer-এর ওপর material বসানো হয়।
2. তার ওপর আসে light-sensitive coating, photoresist।
3. একটি lithography machine সেই coating-এর ওপর pattern project করে।
4. exposed অংশের chemical property বদলে যায়।
5. তারপর develop, etch, coat অথবা dope করা হয়।
6. পরের layer-এর জন্য process আবার শুরু হয়।

শুনতে প্রায় banal লাগে: আলো, mask এবং sensitive surface নেওয়া হলো। নীতিতে এটা photography। শুধু শেষে ছবিটি কোনো image নয়, processor-এর একটি অংশ। আর “pixel” থাকে এমন scale-এ, যেখানে dust, heat, vibration, air molecule, chemical side effect এবং ক্ষুদ্রতম optical error-ও আসল প্রতিপক্ষ হয়ে দাঁড়ায়।

ASML-এর মেশিনগুলো projection system। আলো mask-এর pattern, যাকে reticle-ও বলা হয়, optics পেরিয়ে wafer-এ নিয়ে যায়। optics pattern-কে ছোট করে এবং focus করে। তারপর machine wafer সরিয়ে পরের area expose করে।

আসল প্রশ্ন তাই হলো: আলো দিয়ে কত ছোট ছাপানো যায়?

সমস্যা: একসময় আলোই খুব মোটা হয়ে যায়

lithography-তে দুটি বড় adjustment knob আছে: আলোর wavelength এবং optics-এর numerical aperture। ছোট wavelength ছোট structure print করতে সাহায্য করে। বড় numerical aperture মানে optics বড় angle range থেকে light collect ও focus করতে পারে। এটাও resolution বাড়ায়।

অনেক দিন industry DUV lithography দিয়ে অনেক দূর এগিয়েছিল। DUV মানে Deep Ultraviolet। 193 nanometer wavelength-এর Argon-Fluoride light বিশেষভাবে গুরুত্বপূর্ণ হয়েছিল। উন্নত chip-এর জন্য এটি বহু বছর workhorse technology ছিল। immersion lithography, ভালো mask, computational lithography এবং multi-patterning-এর মতো trick দিয়ে এই প্রযুক্তি থেকে যতটা বের করা সম্ভব মনে হয়েছিল, তার চেয়েও বেশি বের করা গেছে।

কিন্তু একসময় আপনি যা print করতে চান, তার জন্য আলো কেবল খুব long-wave হয়ে যায়। structure যখন wavelength-এর কাছাকাছি আসে, light diffract করে, interference নিষ্ঠুরভাবে গুরুত্বপূর্ণ হয়ে ওঠে, এবং mask-এর pattern আর wafer-এ পরিষ্কারভাবে একই থাকে না।

software, mask correction এবং multiple exposure দিয়ে কিছুটা compensate করা যায়। industry বহু বছর সেটাই করেছে। কিন্তু multi-patterning expensive, slow এবং error-prone। critical layer যখন দুই, তিন বা চার exposure step-এ ভাগ হয়, process time, mask cost এবং risk বাড়ে। প্রতিটি অতিরিক্ত step yield হারানোর আরেকটি সুযোগ।

তাই industry-র দরকার হলো ছোট wavelength-এর আলো।

EUV, Extreme Ultraviolet, 13.5 nanometer-এ কাজ করে। এটি 193-nm DUV-এর চেয়ে 14 গুণেরও বেশি ছোট, পাশাপাশি রাখা পাঁচটি DNA strand-এর প্রস্থের মতো। তাত্ত্বিকভাবে এতে আবার অনেক সূক্ষ্ম structure print করা সম্ভব হয়। কিন্তু বাস্তবে এখান থেকেই শুরু হয় সমস্যার এমন দীর্ঘ list, যা এত অদ্ভুত শোনায় যে বোঝা যায় কেন বহু মানুষ কয়েক দশক EUV-কে অবাস্তব ভাবতেন।

13.5-nm light প্রায় সবকিছুতেই absorb হয়। বাতাসে। কাচে। সাধারণ lens-এ। সাধারণ mirror-এ। এটিকে সুন্দর optics দিয়ে স্রেফ পাঠানো যায় না। পুরো system-কে vacuum-এ কাজ করতে হয়, আর lens-এর বদলে লাগে অত্যন্ত বিশেষ mirror।

অন্যভাবে বললে: ছোট chip বানাতে industry-কে এমন একটি light source আবিষ্কার করতে হয়েছে, যা পৃথিবীতে practically নেই, এমন optics বানাতে হয়েছে যা সাধারণ মানুষের ছোঁয়া যেকোনো জিনিসের চেয়ে মসৃণ, এবং পুরো জিনিসটিকে এত stable করতে হয়েছে যে factory-তে 24/7 টাকা আয় করে।

এটাই ছিল বাজি।

EUV নিয়ে দীর্ঘ বাজি

গল্প High-NA দিয়ে শুরু হয় না, বরং এমন short-wave radiation দিয়ে lithography আদৌ করা যায় কি না, সেই প্রশ্ন দিয়ে শুরু হয়।

1980-এর দশকে জাপানি researcher Hiroo Kinoshita খুব short-wave radiation দিয়ে structure print করার idea নিয়ে কাজ করছিলেন। সমস্যাটা সঙ্গে সঙ্গেই পরিষ্কার ছিল: এই আলো classical lens দিয়ে guide করা যায় না। এটি গিলে ফেলা হয়। সমাধান কেবল mirror হতে পারে, কিন্তু ordinary mirror নয়; multilayer mirror, যেখানে বহু অত্যন্ত thin layer এমনভাবে সাজানো হয় যাতে reflected wave constructive ভাবে মিলে যায়।

Kinoshita প্রথম image তৈরি করতে পেরেছিলেন, কিন্তু শুরুতে তাকে গুরুত্ব দেওয়া হয়নি। skepticism স্রেফ ignorance ছিল না। technically সেটা বোঝার মতো ছিল। light source দুর্বল ছিল। mirror খুব কঠিন ছিল। machine খুব slow হতো। আর এই point-গুলোর যেকোনো একটিই product মেরে ফেলতে যথেষ্ট ছিল।

সমান্তরালে American National Labs, এর মধ্যে Lawrence Livermore-ও, X-Ray এবং EUV-adjacent technology নিয়ে কাজ করছিল, মূলত একেবারে অন্য কারণে। fusion এবং weapons physics-এর আশপাশের research multilayer mirror এবং short-wave radiation নিয়ে জ্ঞান দিয়েছিল। তারপর প্রশ্ন এল, এই জ্ঞান দিয়ে দরকারি কিছু করা যায় কি না। সেখান থেকেই EUV lithography-র দিকে early path-গুলোর একটি তৈরি হয়।

1990-এর দশকে EUV সত্যিকারের industrial project হয়ে ওঠে। US labs, Bell Labs, Intel, Motorola, AMD এবং আরও অনেকে যুক্ত ছিল। government funding বন্ধ হওয়ার পর chip company-গুলো নিজেরাই investment চালিয়ে যায়, কারণ সবাই দেখছিল: 193-nm lithography একসময় যথেষ্ট না হলে নতুন উত্তর লাগবে।

2000 সালের দিকে Engineering Test Stand নামে একটি গুরুত্বপূর্ণ prototype ছিল। এটি দেখিয়েছিল: EUV নীতিগতভাবে pattern print করতে পারে। test stand 9.8 watt EUV light তৈরি করেছিল এবং 70-nanometer structure print করতে পেরেছিল। কিন্তু এটি production speed-এর কাছাকাছিও ছিল না। প্রতি ঘণ্টায় প্রায় দশ wafer একটি laboratory success। আসল fab-এর দরকার প্রতি ঘণ্টায় শত শত wafer, দিনরাত, high availability, usable yield এবং controlled cost সহ।

এই জায়গাতেই science এবং industrialization আলাদা হয়ে যায়।

laboratory proof এক জিনিস। এমন machine, যেটা chip manufacturer billion-dollar roadmap-এ ধরে রাখবে, সম্পূর্ণ অন্য জিনিস।

একটি বিশেষ কঠিন bottleneck ছিল light budget। EUV mirror সব আলো reflect করে না। আলো যখন কয়েকটি mirror এবং reticle পেরোয়, প্রতিটি contact-এর পর কমে যায়। প্রতি mirror-এ প্রায় 70 percent reflectivity ধরে অনেক reflection-এর পর photon-এর কেবল কয়েক percent থাকে। তাই light source শুধু একটি component ছিল না। সেটাই ছিল “interesting experiment” এবং “industrially usable machine”-এর পার্থক্য।

অনেক company বেরিয়ে যায় বা বিশ্বাস হারায়। শেষে মূলত ASML-ই থেকে যায়।

এটা remarkable, কারণ ASML নিজেও একসময় ছোটভাবে শুরু করেছিল: Netherlands-এর একটি Philips spin-off, শুরুতে global monopolist-এর চেয়ে বরং নড়বড়ে বাজি। কিন্তু ASML-এর দুইটি জিনিস ছিল: lithography-তে extreme focus এবং partner-দের সঙ্গে risk বহনের readiness। ZEISS optics নিল। ASML system integrate করল। পরে light source-এর key technology-গুলোও ক্রমশ ASML-এর জগতে আরও ঘনিষ্ঠভাবে চলে এল।

EUV একক invention ছিল না। EUV ছিল হাজার হাজার “প্রায় অসম্ভব, কিন্তু হয়তো সম্ভব”-সমস্যার chain।

এই development story-র পরিপূরক হিসেবে এই গভীর introduction-টাই এখানে সবচেয়ে ভালো মানায়:

প্রযুক্তিগত অসম্ভবগুলো

সমস্যা 1: মেশিনের ভেতর সূর্য বানাবেন কীভাবে?

13.5 nanometer EUV light সাধারণ lamp দিয়ে তৈরি করা যায় না।

ASML Laser-Produced-Plasma source ব্যবহার করে। মূল নীতিতে তরল tin-এর ক্ষুদ্র drop তৈরি করা হয়। ASML public ভাবে প্রায় 25 micrometer আকারের tin drop-এর কথা বলে, যা generator থেকে প্রায় 70 meter per second গতিতে বের হয়। সেটা প্রায় 250 km/h। এই drop-গুলো প্রতি সেকেন্ডে দশ হাজারবার laser pulse-এ hit হয়।

প্রথম pulse drop-টিকে flatten করে, প্রায় ক্ষুদ্র pancake-এর মতো। তারপর অনেক শক্তিশালী pulse tin-কে আঘাত করে এবং সেটিকে hot plasma-তে বদলে দেয়। current machine নিয়ে নতুন explanation-গুলোতে pulse sequence আরও সূক্ষ্মভাবে বলা হয়: pre-pulse, tin cloud পাতলা করার জন্য আরেক pre-pulse, তারপর main pulse। তিনটি hit ঘটে প্রায় 20 microsecond-এ। উদ্দেশ্য একই থাকে: যত বেশি tin থেকে যত বেশি usable EUV light পাওয়া যায়।

plasma অকল্পনীয়ভাবে গরম: প্রায় 220'000 degree Celsius বা Kelvin, অর্থাৎ সূর্যের surface-এর চেয়ে মোটামুটি 40 গুণ বেশি গরম। এই plasma থেকে desired EUV wavelength-এর photon তৈরি হয়।

এটাই একা absurd। কিন্তু একবার একটি drop hit করলেই হয় না। machine-কে এটা চলতেই করতে হয়। প্রতি সেকেন্ডে 50'000 বার। প্রতি drop-এ তিন pulse লাগলে দাঁড়ায় প্রতি সেকেন্ডে 150'000 laser pulse, যেগুলোকে time এবং space-এ মিলতে হয়। নতুন roadmap এবং statement-এ কথা যাচ্ছে 60'000 এবং পরে 100'000 drop per second-এর দিকে।

আর এই drop-গুলো কোথাও থাকলেই চলবে না। একই আকার, একই speed এবং ঠিক সময়ে ঠিক জায়গায় থাকতে হবে। machine এগুলো observe করে, flight calculate করে এবং laser এমনভাবে fire করে যাতে pulse ঠিকমতো লাগে। ছবিটা এমন: ঝড়ের মধ্যে একটি golf ball দূরের hole-এ পড়তে হবে, প্রতিবার, কোনো miss ছাড়া।

আমার কাছে এটা সেই point-গুলোর একটি, যেখানে মাথা একটু থেমে যায়। নীতিটা বোঝা কঠিন বলে নয়, বরং industrial repeatability এত অবিশ্বাস্য বলে। experiment spectacular হতে পারে। fab machine-কে বিরক্তিকরভাবে reliable হতে হয়।

সমস্যা 2: tin সমাধান, আবার শত্রুও

tin কেন?

প্রথম দিকের EUV source-গুলোতে xenon-ও ব্যবহার করা হয়েছিল। কাজ করত, কিন্তু efficiency খারাপ ছিল। energy-র বড় অংশ desired 13.5-nm radiation-এ যেত না। tin বেশি ভালো মানায়, কারণ এই range-এ এটি অনেক efficient ভাবে EUV light তৈরি করতে পারে।

কিন্তু tin নতুন সমস্যা আনে: material যায় কোথায়?

শুনতে banal, কিন্তু machine-এর অস্তিত্বের সমস্যা এটা। Collector Mirror-এর ওপর এক nanometer tin-ও ওই mirror বন্ধ করে দিতে যথেষ্ট হতে পারে। একই সঙ্গে source lifetime জুড়ে system দিয়ে symbolic নয়, অনেক বাস্তব tin যায়। তাই mirror-কে প্রায় নিখুঁত পরিষ্কার থাকতে হয়, যদিও তার পাশেই প্রতি সেকেন্ডে 50'000 ছোট tin-plasma explosion হচ্ছে।

এই drop-গুলোর ওপর symbolic ভাবে fire করা হয় না। এগুলো vaporize এবং rip apart করা হয়। কিন্তু কাছেই থাকে Collector Mirror, অত্যন্ত দামি এবং অত্যন্ত sensitive mirror, যাকে EUV light collect করতে হয়। সেখানে tin জমলে source efficiency কমে যায়। mirror খুব dirty হলে machine দাঁড়িয়ে যায়।

তাই ASML-কে শুধু light তৈরি করতে হয়নি; একই সঙ্গে নিজের light source-কে নিজেকেই ধ্বংস করা থেকে আটকাতেও হয়েছে।

সমাধানের একটি অংশ hydrogen। source chamber-এ low pressure hydrogen থাকে। এটি tin residue slow এবং cool করে, এবং tin-কে chemical ভাবে gaseous compound-এ রূপান্তর করতে সাহায্য করে, যা সরিয়ে নেওয়া যায়। কিন্তু এটাও সহজ filter trick নয়। ক্ষুদ্র plasma explosion hydrogen গরম করে এবং shockwave তৈরি করে। একে mini-supernovae ভাবা যায়, যা chamber-এর মধ্যে প্রতি সেকেন্ডে 50'000 বার তৈরি হচ্ছে। engineer-দের বুঝতে হয়েছে gas-এ কত energy যাচ্ছে, কত দ্রুত gas flow করতে হবে, এবং বেশি EUV light আবার absorb না করে কীভাবে যথেষ্ট protection পাওয়া যায়।

এই অংশটাই দেখায় practical magic কতটা অরোমান্টিক। কোনো magician lever ধরে বসে নেই। engineer-রা measurement data-এর সামনে বসে gas-এর shockwave দেখেন, explosion physics-এর formula-র সঙ্গে মিলিয়ে দেখেন এবং বুঝতে পারেন: এই system দিয়ে hydrogen অদ্ভুত গতিতে flush করতে হবে। scale হলো প্রায় 360 km/h gas flow, category 5 hurricane-এর চেয়েও বেশি, যদিও system-এর density অবশ্যই অনেক কম।

তবুও সব সমস্যার সমাধান হয়নি। আরেক বাধা ছিল, hydrogen থাকা সত্ত্বেও collector খুব দ্রুত degrade করছিল। breakthrough এল একটি observation থেকে: machine খুললে mirror যেন আরও clean হয়ে যেত। কারণ ছিল oxygen। তাই system-এ অতি ক্ষুদ্র oxygen amount নিয়ে experiment করা হলো, cleaning process উন্নত করার মতো যথেষ্ট, কিন্তু vacuum system এবং EUV transmission নষ্ট করার মতো বেশি নয়।

এটাই সেই ধরনের engineering যা আমি ভালোবাসি: বড় idea গুরুত্বপূর্ণ, কিন্তু শেষে প্রায়ই জেতে সেই মানুষ, যে অদ্ভুত detail-কে গুরুত্ব দেয়।

সমস্যা 3: এমন mirror, যার থাকা উচিতই নয়

EUV glass lens দিয়ে যায় না। তাই EUV lithography mirror দিয়ে কাজ করে।

কিন্তু mirror-ও EUV reflect করে না যেমন bathroom mirror visible light reflect করে। EUV mirror অত্যন্ত precise layer system দিয়ে তৈরি, সাধারণত molybdenum এবং silicon। বহু অত্যন্ত thin layer এমনভাবে tuned থাকে যাতে ঠিক 13.5 nanometer-এ যতটা সম্ভব আলো reflect করে।

তবুও একটি mirror কেবল আলোর এক অংশ reflect করে। আলো বারবার reflect হলে remaining power দ্রুত কমে যায়। তাই light source এত দীর্ঘ সময় bottleneck ছিল। শুরুতে বেশি light মানে wafer-এ বেশি usable light।

এই mirror-গুলোর surface একই সঙ্গে নির্মমভাবে smooth হতে হয়। modern EUV mirror নিয়ে ASML tens of picometers range-এর smoothness-এর কথা বলে। তুলনায় একটি সাধারণ household mirror ভীষণ rough: মোটামুটি হাজার হাজার silicon atom-এর scale-এ unevenness, যেখানে early EUV mirror-কে atomically smooth হতে হতো।

মাপের তুলনাগুলো মাথায় আটকে যায়: একটি Low-NA EUV mirror যদি Germany-র আকারে scale করা হয়, সর্বোচ্চ unevenness হবে প্রায় এক millimeter। High-NA-তে ছবিটা আরও extreme: mirror যদি পৃথিবীর মতো বড় হয়, সর্বোচ্চ unevenness হবে একটি playing card-এর পুরুত্বের মতো।

শুনতে marketing লাগে, কিন্তু পেছনে কঠিন physics আছে। 13.5 nm wavelength-এ সামান্য unevenness “একটা scratch” নয়। সেটি light scatter করে, contrast খায় এবং image খারাপ করে। mirror শুধু smooth হলেই হয় না; position, shape এবং temperature-ও control করতে হয়।

ZEISS এখানে কেন্দ্রীয় ভূমিকা রাখে। High-NA EUV-এর জন্য optics আরও বড় এবং ভারী হয়েছে। ZEISS High-NA projection optics-কে 40'000-এর বেশি part এবং প্রায় বারো ton weight সহ বর্ণনা করে। এটি established EUV projection optics-এর volume এবং weight-এর সাত গুণ। একই সঙ্গে individual optical element-কে nanometer precision-এ align এবং control করতে হয়।

এটাই পরের mind-bender: ক্ষুদ্র কিছু print করার জন্য বিশাল কিছু বানানো হয়।

মেশিনটি কীভাবে কাজ করে

technical workflow-এর জন্য official ASML video ঠিক এই জায়গায় মানায়। এটি High-NA platform, anamorphic optics, faster stages এবং future chip generation-এর জন্য TWINSCAN EXE কেন তৈরি, তা দেখায়।

সাধারণ EUV-এর তুলনায় High-NA কী বদলায়

ASML-এর প্রথম commercial EUV machine, NXE system-গুলো, 0.33 numerical aperture দিয়ে কাজ করে। High-NA, অর্থাৎ EXE platform, এই NA বাড়িয়ে 0.55 করে।

optics হিসেবে idea সহজ: বড় NA বড় angle range থেকে light ধরে। ফলে system সূক্ষ্ম detail image করতে পারে। ASML TWINSCAN EXE:5000-এর জন্য 8 nm resolution জানায়। NXE system-এর তুলনায় এটি 1.7 গুণ ছোট single-exposure structure সম্ভব করার কথা, এবং ফলে অনেক বেশি transistor density।

কিন্তু এখানেও সঙ্গে সঙ্গে catch আসে।

light যখন বড় angle-এ reticle-এ পড়ে, নতুন সমস্যা তৈরি হয়। reticle এই angle-এ খারাপ reflect করে, আর সহজভাবে “সবকিছু বড় করি” বললে industry-র পুরো mask infrastructure ভেঙে যেত। সমাধানের নাম anamorphic optics।

pattern দুই দিকেই একইভাবে ছোট করার বদলে High-NA আলাদা করে ছোট করে: এক দিকে 4x এবং অন্য দিকে 8x। এতে traditional reticle size নিয়ে কাজ চালিয়ে যাওয়া যায় এবং তবুও higher NA-র সুবিধা নেওয়া যায়।

এর দাম: exposure field ছোট। প্রতি wafer-এ বেশি exposure লাগে। অর্থনৈতিকভাবে viable রাখতে wafer এবং reticle stage অনেক দ্রুত হতে হয়েছে। ASML EXE:5000-এর জন্য প্রতি ঘণ্টায় 185-এর বেশি wafer এবং roadmap-এ 220 wafer per hour-এর কথা বলে। acceleration 20 g-এর বেশি; EXE platform-এর জন্য ASML নির্দিষ্টভাবে wafer stage-এ 8 g এবং reticle stage-এ 32 g বলে।

একটু কল্পনা করুন: এই machine-এ nanometer precision-এ pattern transfer হচ্ছে, আর parts এমন acceleration-এ চলছে যা racing বা aviation-এর মতো শোনায়। তবুও layer overlay কেবল কয়েক atom-এর range-এর বেশি ভুল হতে পারে না। এই overlay precision-এর জন্য প্রায় এক nanometer বলা হয়, অর্থাৎ মোটামুটি পাঁচ silicon atom।

moon-and-coin ছবিটাও এখানে আবার মানায়: mirror control যদি এত সূক্ষ্ম হয় যে কল্পিত laser beam moon distance-এ coin-এর দুই পাশ আলাদা করতে পারে, তখন picoradian accuracy মানে কী, সেটা বুঝতে শুরু করা যায়। machine-কে শুধু ছোট print করতে হয় না। বারবার layer এমনভাবে একটার ওপর আরেকটা বসাতে হয় যে individual atomic layer-level error-ও relevant হয়ে যায়।

এটাই আসল High-NA point: শুধু ছোট print নয়, production economics ধ্বংস না করে ছোট print করা।

একটি exposure step আসলে কীভাবে জোড়া লাগে

machine-টিকে workflow হিসেবে দেখলে এটি একটু বেশি ধরাছোঁয়ার মধ্যে আসে।

প্রথমে আসে wafer। এটি আগের অন্য system-গুলোতে প্রস্তুত হয়েছে: clean করা, coat করা, প্রয়োজনে thin material layer দেওয়া এবং photoresist দিয়ে ঢেকে দেওয়া। এই pre- এবং post-process-গুলো lithography-র মতোই chip manufacturing-এর অংশ। ASML-এর machine পুরো fab নয়, কিন্তু তার সবচেয়ে critical tool-গুলোর একটি।

তারপর আসে mask। এতে থাকে সেই pattern, যা পরে wafer-এ তৈরি হবে। কিন্তু এই pattern target image-এর সরল drawing নয়। diffraction, chemistry, resist behavior এবং process distortion-এর কারণে এমন direct pattern ভুলভাবে পৌঁছাত। তাই industry computational lithography এবং Optical Proximity Correction ব্যবহার করে। সহজ করে বললে: mask ইচ্ছে করে “ভুল” আঁকা হয়, যাতে physical process শেষে সঠিক result print করে।

তারপর light source tin plasma থেকে EUV photon তৈরি করে। Collector Mirror তার যতটা সম্ভব collect করে scanner-এ পাঠায়।

Illuminator-এ light shape করা হয়। এরপর এটি reticle-এ পড়ে। EUV visible light-এর মতো slide projection-এ mask ভেদ করে যায় না, তাই reticle-ও reflective। light pattern নিয়ে projection optics-এ এগিয়ে যায়।

সেখানে wafer-এ আসল imaging ঘটে। mirror image ছোট করে এবং correct করে। High-NA-তে এটি anamorphic ভাবে হয়, অর্থাৎ দুই দিকে আলাদা। একই সঙ্গে stage wafer সরায় যাতে এক field-এর পর আরেক field expose হয়।

exposure-এর পর photoresist develop করা হয়। resist type অনুযায়ী exposed বা unexposed area থাকে। তারপর etching, deposition, doping, cleaning এবং আরও step আসে। পরের layer-এর জন্য cycle আবার শুরু হয়।

কঠিনতা কোনো এক step-এ নয়, বরং sum-এ:

• EUV light যথেষ্ট শক্তিশালী হতে হবে।
• mirror dirty হতে পারবে না।
• optics stable থাকতে হবে।
• wafer এবং reticle অত্যন্ত দ্রুত এবং অত্যন্ত precise ভাবে নড়তে হবে।
• layer-গুলো nanometer-overlay সহ একটার ওপর আরেকটা বসতে হবে।
• পুরো জিনিসটি real production environment-এ চলতে হবে।

প্রতিটি point একা একেকটি world-class engineering problem। ASML-কে সবগুলো একসঙ্গে solve করতে হয়।

গল্পটা এত আকর্ষণীয় কেন

ASML নিয়ে আমাকে শুধু machine নিজে মুগ্ধ করে না, development-এর tension-ও করে।

EUV কয়েক দশক ধরে নিশ্চিত জিনিস ছিল না। prototype ছিল, কিন্তু light কম। ভালো light source ছিল, কিন্তু tin mirror ধ্বংস করত। mirror ছিল, কিন্তু throughput যথেষ্ট ছিল না। breakthrough ছিল, কিন্তু market goalpost সরিয়ে দিচ্ছিল, কারণ DUV multi-patterning নিয়ে expected-এর চেয়েও বেশি দিন টিকে ছিল।

এটা গুরুত্বপূর্ণ point: ASML কোনো শান্ত lab-এ পরিষ্কার ভবিষ্যৎ নিয়ে কাজ করেনি। company-কে technology বানাতে হয়েছে এমন সময়ে, যখন customer সন্দেহ করছিল, wafer-per-hour target বাড়ছিল, cost explode করছিল এবং alternative ক্রমশ আরও squeeze করা হচ্ছিল।

আমার মনে বিশেষভাবে আটকে থাকে এই moment: 2010-এর দশকের শুরুতে ASML এখনো goal-এ পৌঁছায়নি, কিন্তু ইতিমধ্যে next generation, High-NA নিয়ে কাজ করছিল। ব্যাপারটা আসলে পাগলামি। current EUV তখনও production-এ clean নয়, আর আপনি পরের আরও কঠিন platform শুরু করছেন।

সাধারণ project management দৃষ্টিতে এটা unreasonable শোনায়। technology দৃষ্টিতে সম্ভবত দরকারি ছিল। Low-NA perfect হওয়ার পর High-NA শুরু করলে আপনি দশ বছর দেরি করতেন।

এই ধরনের বাজি hindsight-এ সবসময় logical দেখায়। real time-এ এটা budget-সহ madness-এর মতো লাগে।

Intel, Samsung এবং TSMC এই development বহন করতে সরাসরি ASML-এ invest করেছিল। scale: Intel থেকে প্রায় 4.1 billion dollar এবং Samsung ও TSMC মিলে আরও 1.3 billion dollar। এটুকুই দেখায় industry-র future-এর জন্য machine কত central ছিল। EUV না থাকলে Moore’s Law স্রেফ মারা যেত না, কিন্তু আরও scaling-এর cost এবং complexity অনেক বেশি কঠিন হতো।

2015 সালে একটি বিশেষ শক্তিশালী moment আসে: ASML-কে Korea-র customer-দের অবশেষে 200 watt EUV source power দেখাতে হয়েছিল। ধৈর্য কমে আসছিল। ASML team যখন plane-এ উঠল, experiment তখনও চলছিল। তারা নামার পর প্রথম result এল: 200 watt। decisive point-গুলোতে technology এতটাই close ছিল।

আর এখন, 2026 সালে, High-NA আর শুধু lab dream নয়। ASML প্রথম system-গুলো deliver করেছে, Intel Oregon-এ প্রথম commercial High-NA system set up করেছে, imec এবং ASML Veldhoven-এ যৌথ High-NA Lab চালাচ্ছে, এবং 2025 সালের শেষে ASML ইতিমধ্যেই দুইটি High-NA system-এর revenue দেখিয়েছে।

তবুও sober অংশটা গুরুত্বপূর্ণ থাকে: 400-million-dollar machine impressive বলেই জেতে না। এটি জেতে শুধু তখনই, যখন fab-এ হিসাব উন্নত করে: কম mask, কম process step, ভালো yield, ছোট cycle time অথবা এমন নতুন structure, যা অন্যভাবে economically সম্ভব নয়।

semiconductor industry-তেও magic-কে Excel survive করতে হয়।

infrastructure দৃষ্টিকোণ

network এবং security মানুষ হিসেবে আমি স্বয়ংক্রিয়ভাবে dependency দেখি। আর ASML-এর dependency প্রায় অস্বস্তিকর।

ASML বর্তমানে EUV lithography system-এর একমাত্র provider। DUV-তে competition আছে, EUV-তে practically নেই। একই সঙ্গে সবচেয়ে advanced chip ঠিক এই technology-র ওপর নির্ভর করে। এর মধ্যে smartphone, AI accelerator, server CPU, GPU, High-Bandwidth Memory, network technology, automotive, research এবং military application আছে।

এটি ASML-কে infrastructure company বানায়, যদিও company কোনো internet line চালায় না এবং data center রাখে না। এটি stack-এর আরও নিচে দাঁড়ায়। Cloud-এর নিচে। AI-এর নিচে। smartphone-এর নিচে। network hardware-এর নিচে। আজ digitally scale হওয়া প্রায় সবকিছুর নিচে।

machine নিজেও extreme infrastructure। একটি High-NA system-এ আছে প্রায় 100'000 part, প্রায় 3'000 cable, প্রায় 40'000 screw এবং প্রায় দুই kilometer hose বা line। গণনার পদ্ধতি অনুযায়ী কথা হয় 800 global supplier থেকে 5'000 supplier company পর্যন্ত। High-NA machine চারটি বড় subsystem নিয়ে গঠিত, যেগুলো Connecticut, Germany, Netherlands এবং California-সহ নানা জায়গায় তৈরি হয়। এই অংশগুলো প্রথমে Veldhoven-এ যায়, সেখানে assemble এবং test হয়, তারপর আবার খুলে customer-এর কাছে ship করা হয়।

transport একাই প্রায় আলাদা logistics story: প্রায় সাতটি Boeing 747, 25 থেকে 30 truck এবং গণনা অনুযায়ী প্রায় 250 container। এই transport number একটি মাত্র machine-এর জন্য।

এটি classical অর্থে একক machine নয়। এটি একটি global ecosystem, যা একটি machine-এ condensed হয়েছে।

ঠিক এই কারণেই export control, geopolitical tension এবং supply chain এখানে peripheral topic নয়। EUV না পেলে older technique, বেশি multi-patterning, বেশি effort এবং খারাপ economics দিয়ে টিকে থাকার চেষ্টা করতে হয়। কিছু node-এর জন্য সেটা কাজ করতে পারে, কিন্তু game rule বদলে দেয়।

এখান থেকে আমি কী নিই

আমি এই article লিখতে চেয়েছিলাম, কারণ আমি এই machine-টাকে বুঝতে চেয়েছিলাম। পুরোপুরি নয়, সেটা দম্ভ হতো। কিন্তু এতটা, যাতে “এটা magic” থেকে একটি robust inner model তৈরি হয়।

আমার model এখন এমন:

ASML High-NA EUV কোনো magic machine নয়। এটি physical limit-এর প্রতি অত্যন্ত consistent উত্তর।

মানুষ ছোট structure চেয়েছিল। তাই ছোট wavelength-এর light লাগল। সেই light প্রায় সবকিছুতেই absorb হয়। তাই mirror optics সহ vacuum system বানানো হলো। mirror কেবল light-এর এক অংশ reflect করে। তাই শক্তিশালী source লাগল। source tin-কে plasma-তে বদলে light তৈরি করে। tin mirror dirty করে। তাই hydrogen, oxygen, gas flow, sensor এবং cleaning লাগে। optics বড় হয়। তাই High-NA, anamorphic imaging, faster stage এবং আরও ভালো correction model লাগে। আর প্রতিটি layer আগেরটির সঙ্গে নিখুঁতভাবে মিলতে হবে বলে সবকিছু nanometer range-এ control করতে হয়।

এটি কোনো একক brilliant idea নয়। এটি solved impossibility-র একটি tower।

হয়তো এটাই কারণ, machine-টা আমাকে এত টানে। এটি দেখায় মানুষ কতদূর যেতে পারে, যখন goal যথেষ্ট গুরুত্বপূর্ণ হয় এবং economics একসময় এত বড় হয় যে আসলে unreasonable জিনিসটাকেও finance করা যায়।

এটা আমাকে খানিকটা খাবারের কথাও মনে করায়। plate-এ থাকা খাবার কোথা থেকে আসে, সেটা ভাবতে শুরু করলে হঠাৎ ordinary কিছু আবার অবিশ্বাস্য লাগে। বিশেষ করে এখানে Dubai-তে, যেখানে practically সবকিছু পৃথিবীর নানা জায়গা থেকে import হয়। একটি strawberry বা tomato simple লাগে, যতক্ষণ না seed, water, fertilizer, climate, harvest, cold chain, quality control, transport, storage এবং supermarket নিয়ে ভাবছেন। শেষে plate-এ এমন কিছু থাকে, যা শুধু এই কারণে self-evident লাগে যে আগে হাজার step কাজ করেছে।

chip-এর ক্ষেত্রেও একই, শুধু আরও extreme। আমি এই article লিখছি এমন একটি device-এ, যার processor এমন manufacturing chain দিয়েই সম্ভব হয়েছে। data center-এ correction, structuring বা translation-এ সাহায্য করা AI চলে এমন chip-এ, যা আবার এমন machine-এর কারণেই এই form-এ সম্ভব। এটি এমন technical supply chain, যা আমাদের দৈনন্দিন জীবনের এত গভীরে থাকে যে আমরা প্রায় কখনও দেখি না।

rocket বেশি spectacular দেখায়। submarine cable বেশি স্পর্শযোগ্য। network আমার কাছে বেশি familiar। কিন্তু এই machine অন্য কিছু ছুঁয়ে যায়: এটি যেন সেই point, যেখানে physics, material science, optics, mechatronics, software, chemistry, supply chain এবং খাঁটি জেদ একসঙ্গে আসে।

আর হ্যাঁ, এটি এখনো magic-এর মতো লাগে।

কিন্তু এখন একটু কম unexplained magic, আর বেশি সেই ধরনের magic, যা জন্মায় যখন হাজার হাজার খুব ভালো engineer কয়েক দশক ধরে এটা মানতে অস্বীকার করেন যে কোনো কিছু অসম্ভব।

আবার দেখা হবে,
Joe