चिपच्या आतलं जग : निऑनपासून नॅनोमीटरपर्यंतची अदृश्य साखळी

कल्पना करा—एका छोट्याशा सिलिकॉन वेफरवर लाखो ट्रान्झिस्टर तयार होत आहेत. त्यांचा आकार इतका सूक्ष्म की मानवी केसाची जाडीही त्याच्या तुलनेत एखाद्या महामार्गासारखी वाटावी.पण या छोट्याशा चिपच्या मागे उभी आहे ती हजारो किलोमीटरची, अनेक देशांमध्ये पसरलेली आणि अत्यंत नाजूक अशी औद्योगिक साखळी.

चिप बनवताना वापरला जाणारा प्रत्येक रसायनशास्त्रीय टप्पा अत्यंत शुद्ध वायूंवर अवलंबून असतो.त्या वायूमध्ये ओलावा नको, ऑक्सिजन नको, हायड्रोकार्बन नको आणि धातूची अगदी सूक्ष्म अशुद्धताही नको. कारण चिपच्या जगात ‘थोडीशी’ अशुद्धताही कोट्यवधी रुपयांची समस्या ठरू शकते.आणि इथे कथा अचानक युक्रेनमध्ये पोहोचते.

युक्रेनकडे जगातील मोठ्या प्रमाणातील सेमीकंडक्टरसाठी वापरण्याच्या दर्जाचा निऑन वायू तयार करण्याची क्षमता होती. २०२२ मध्ये अमेरिकेच्या International Trade Commission ने अंदाज दिला होता की युक्रेन जगातील सुमारे ५० टक्के निऑन पुरवत होता; काही उद्योग-अंदाज त्यापेक्षा जास्त,जवळपास ७० टक्क्यांपर्यंत होते.
प्रश्न असा—निऑन तर हवेत सर्वत्र आहे. मग युक्रेनचं एवढं महत्त्व काय?

कारण निऑन हवेतून वेगळा काढणे ही गोष्टच प्रचंड औद्योगिक पायाभूत सुविधांची मागणी करते. मोठ्या प्रमाणावर हवा प्रक्रिया करून त्यातील विविध वायू वेगळे करावे लागतात. युक्रेनमध्ये ही क्षमता योगायोगाने निर्माण झाली नव्हती. सोव्हिएत काळातील महाकाय पोलाद उद्योगाला मोठ्या प्रमाणावर ऑक्सिजन आणि इतर औद्योगिक वायूंची गरज होती. निऑन हा त्या प्रक्रियेत मिळणारा 'बाय प्रॉडक्ट' होता.
म्हणजे आजच्या अत्याधुनिक चिपमध्ये वापरला जाणारा निऑन—काही अंशी—शीतयुद्धाच्या काळात उभ्या राहिलेल्या पोलाद कारखान्यांच्या सावलीत जन्माला आला होता!

२०२२ मध्ये रशियाच्या आक्रमणामुळे युक्रेनमधील उत्पादन आणि पुरवठा विस्कळीत झाला. अचानक जगाला जाणवले—चिप उद्योग एका अशा पुरवठा-साखळीवर अवलंबून आहे, जी चिप बनवणाऱ्या कारखान्यापासून हजारो किलोमीटर दूर आहे. पण ही तर सुरुवात झाली.

आता येऊया नेदरलँड्समधील ASMLकडे.
लिथोग्राफी म्हणजे सिलिकॉन वेफरवर प्रकाशाच्या साहाय्याने सर्किटची अत्यंत सूक्ष्म रचना ‘छापण्याची’ प्रक्रिया.आधुनिक अत्याधुनिक चिप्ससाठी वापरल्या जाणाऱ्या EUV—Extreme Ultraviolet Lithography यंत्रांच्या व्यावसायिक जगात ASMLचे स्थान जवळजवळ अद्वितीय आहे. २०२५ मध्ये लिथोग्राफी बाजारात ASMLचा वाटा ९४ टक्के होता आणि EUVमध्ये त्याचे प्रभावी वर्चस्व कायम आहे.पण गंमत अशी की ASMLचे यंत्र म्हणजे फक्त ASMLचे उत्पादन नाही.एका EUV मशीनमध्ये सुमारे १ लाख घटक असतात आणि त्यामागे ५,००० पेक्षा अधिक पुरवठादारांचे जाळे आहे.

त्यातील एक अत्यंत महत्त्वाचा भाग येतो जर्मनीतून—Carl Zeiss SMTची अतिशय अचूक ऑप्टिकल प्रणाली. EUV प्रकाशाला नियंत्रित करण्यासाठी लागणारे आरसे इतके परिपूर्ण असावे लागतात की त्यांच्या पृष्ठभागावरील सूक्ष्म त्रुटीही मशीनच्या कामगिरीवर परिणाम करू शकते.(Carl Zeiss या कंपनीची आणि आपली फार जवळची ओळख आहे. शस्त्रक्रिया करण्याच्या अत्यंत तांत्रिक पध्दतीची दुर्बिण ते मोतीबिंदू झाल्यावर डोळ्यात घालण्याच्या नव्या लेन्सपर्यंत सर्व काही हीच कंपनी बनवते.)

दुसरीकडे EUV प्रकाश निर्माण करण्यासाठी लागणाऱ्या प्रकाश-स्रोत तंत्रज्ञानात Cymer महत्त्वाची आहे. Cymer ही अमेरिकन कंपनी ASMLने २०१३ मध्ये विकत घेतली होती. ASMLच्या EUV पुरवठा-साखळीचा आढावा घेणाऱ्या युरोपीय आयोगाच्या JRC अहवालात Cymer, Zeiss आणि इतर महत्त्वाच्या पुरवठादारांची भूमिका स्पष्ट केली आहे.
आणि यामुळेच या मशीनभोवती तंत्रज्ञानाइतकीच 'जीओ-पॉलिटिकल पॉवर' आहे.

ASMLला चीनसाठी काही अत्याधुनिक उपकरणे विकताना निर्यात परवानग्यांची आवश्यकता असते. स्वतः ASMLच्या अहवालानुसार डच आणि अमेरिकन निर्यात-नियंत्रण नियमांमुळे EUV प्रणाली आणि काही इतर उपकरणांच्या विक्रीवर परवानगीची बंधने आहेत.म्हणूनच अत्याधुनिक चिप बनवणे म्हणजे फक्त कारखाना उभारणे नव्हे.लिथोग्राफी झाली की कथा संपत नाही.

वेफरवर अनावश्यक पदार्थ काढून टाकण्यासाठी etching, नवीन अतिशय पातळ थर चढवण्यासाठी संरचना स्थिर करण्यासाठी thermal processing करावी लागते.इथे पुन्हा अमेरिकन आणि जपानी कंपन्या रंगमंचावर येतात.

Lam Research, Applied Materials आणि Tokyo Electron ही नावे अत्यंत महत्त्वाची ठरतात. Etchingमध्ये Lam Research आणि Applied Materialsसह काही मोजक्या कंपन्यांचे वर्चस्व आहे; depositionमध्ये Applied Materials, Lam, Tokyo Electron आणि ASM International यांच्यात तीव्र स्पर्धा आहे.
Thermal processingमध्येही Tokyo Electron महत्त्वाचा खेळाडू आहे; मात्र त्याला सरसकट “९० टक्के monopoly” म्हणणे अचूक ठरणार नाही. उपलब्ध उद्योग-आकडेवारीत विविध thermal-processing उपविभागांमध्ये कंपन्यांचे वाटे वेगवेगळे दिसतात.

आता या संपूर्ण चित्राकडे थोडं लांबून पाहा.
निऑन—युक्रेन.
ऑप्टिक्स—जर्मनी.
EUV lithography—नेदरलँड्स.
लेझर तंत्रज्ञान—अमेरिका/जर्मनी.
Etching—अमेरिका.
Deposition—अमेरिका आणि जपान.
Thermal processing—जपान.

आणि शेवटी चिपची निर्मिती—तैवान, दक्षिण कोरिया, अमेरिका आणि इतर ठिकाणी.
एक चिप दिसते मात्र एका छोट्याशा काळ्या चौकोनासारखी.
पण तिच्या मागे असते संपूर्ण जगाची औद्योगिक बुद्धिमत्ता.
म्हणूनच सेमीकंडक्टर युद्ध हे केवळ “कोणाकडे चिप आहे?” याचं युद्ध नाही.
ते आहे—कोणाकडे त्या चिपच्या प्रत्येक सूक्ष्म पायरीसाठी आवश्यक असलेलं ज्ञान, मशीन, रसायन, वायू आणि पुरवठा-साखळी आहे?
आणि या प्रश्नाचं उत्तर जितकं शोधाल, तितकं एक सत्य स्पष्ट होत जातं—
चिप आकाराने नॅनोमीटरची असते; पण तिच्यामागची शक्ती संपूर्ण जगाएवढी असते.
(हा लेख थोडासा एका वाचनात समजायला कठीण आहे पण हा विषय समजणे आता काळाची गरज आहे.सावकाश वाचा. शंका विचारा.)