Video: ASML in 1 minute (November 2024)
Als het gaat om het maken van chips, is kleiner beter. Dat wil zeggen, kleinere transistoren leiden tot chips die meer functies in een kleiner gebied verpakken, en historisch gezien heeft dit geleid tot de voortdurende verbetering van producten en lagere rekenkosten, met dichtheden die om de twee jaar verdubbelen. Maar in de afgelopen jaren is deze verbetering vertraagd, deels omdat het moeilijker wordt om conventionele lithografische hulpmiddelen te gebruiken om de kleinere lijnen te produceren die nodig zijn voor kleinere chips. De grote hoop van de industrie op een doorbraak is iets dat extreme ultraviolette (EUV) lithografie wordt genoemd.
Ik schrijf al jaren over EUV en de eerste testmachines werden ongeveer tien jaar geleden geïnstalleerd in onderzoeksfaciliteiten voor chipproductie in SUNY en IMEC. De grote chipmakers hebben jarenlang EUV-machines getest, maar hebben onlangs hun machines geüpgraded en nieuwe modellen geïnstalleerd, en praten nu openlijk over hoe ze EUV zullen gebruiken op hun 7nm- en 5nm-productieknooppunten.
Ik was een beetje verrast om recent te horen dat enkele van de belangrijkste componenten van een EUV-systeem eigenlijk worden vervaardigd in Wilton, Connecticut, ongeveer 45 mijl buiten New York.
Eerst wat achtergrondinformatie. Alle chips in de elektronica die u vandaag gebruikt, worden geproduceerd in een complexe reeks stappen waarbij patroonvorming met fotolithografie nodig is, waarbij licht door een masker op een siliciumwafer gaat, materialen op de wafer neerslaat en de ongewenste delen achter elkaar weg etsen om te fabriceren de transistors en de andere componenten van een chip. Gewoonlijk doorloopt een enkele chip vele lithografiestappen, waardoor meerdere lagen ontstaan. In vrijwel alle huidige toonaangevende chips gebruiken fabrikanten een proces dat 193nm immersion lithography, of DUV (deep ultraviolet) lithografie wordt genoemd, waarbij licht met een golflengte van 193 nm door een vloeistof op een fotoresist wordt gebroken om deze patronen te creëren.
Dit soort lithografie heeft een limiet - voor zover de grootte van de lijnen die het kan maken op een doorgang - dus in veel gevallen zijn chipmakers overgegaan op het meerdere keren patronen van een enkele laag om het voorgestelde ontwerp te maken. Inderdaad, dubbele patronen zijn nu gemeengoed, en de nieuwste generatie chips van Intel en anderen maken gebruik van een techniek die zelf-uitgelijnde quad-patronen (SAQP) wordt genoemd. Maar elke extra stap van patroonvorming kost tijd en fouten bij het correct uitlijnen van de patronen kunnen het moeilijker maken om elke chip perfect te maken, waardoor de opbrengst aan goede chips wordt verminderd.
Extreme ultraviolet (EUV) -lithografie maakt gebruik van licht met een kleinere golflengte van 13, 5 nm. Dit kan veel fijnere functies vormen, maar het brengt ook veel technische uitdagingen met zich mee. Zoals het me ooit werd uitgelegd, begin je door gesmolten tin met 150 mijl per uur te spuiten, het in een pre-puls met een laser te raken om het te verdelen, blaast het met een andere laser om een plasma te creëren en stuitert vervolgens het licht spiegels om een balk te creëren die de wafer precies op de juiste plek moet raken. Met andere woorden, het is alsof je 10 miljard keer per dag een honkbal probeert te raken in een zone van één inch op exact dezelfde plek op de tribunes. Om dit te laten werken, is een krachtige plasma-energiebron nodig om het licht van stroom te voorzien, en omdat het zo complex is, vereist het proces een nauwkeurige uitlijning van alle onderdelen in het systeem.
Vanwege deze complexiteit is ASML - de grote Nederlandse fabrikant van lithografietools - het enige bedrijf dat EUV-machines maakt, en de apparaten vereisen onderdelen en modules van een aantal faciliteiten. De fabriek in Wilton maakt vandaag kritische modules voor zowel DUV- als EUV-machines, in optica en precisiemechanica, volgens ASML Fellow Chip Mason.
In het bijzonder maakt de Wilton-fabriek de module die het bovenste derde deel van de huidige Twinscan NXE: 3350B-machine in beslag neemt, die het dradenkruis behandelt en nauwkeurig uitlijnt, dat op zijn beurt het masker vasthoudt waardoor het licht schijnt om het patroon te maken, evenals sensoren voor het uitlijnen en nivelleren van wafels. De topmodule zelf bestaat uit andere modules die in de fabriek zijn geproduceerd.
ASML Wilton algemeen directeur Bill Amalfitano legde uit hoe in een EUV-machine de bovenste module het dradenkruis hanteert, de onderste de wafer en de middelste handgrepen zeer nauwkeurige optica, vervaardigd door Zeiss.
Zoals Mason het uitlegde, is een nauwkeurige positionering en uitlijning van het dradenkruis met de optica van cruciaal belang bij het maken van de chips. Om dit te doen, werkt het team in Wilton met teams in Nederland, een computationele lithografiegroep in San Jose en een metrologiegroep. De machine meet constant waar dingen zijn en voert correcties door in een proces dat 'holistische lithografie' wordt genoemd. Alle onderdelen worden teruggestuurd naar ASML in Veldhoven, Nederland, waar ze vervolgens worden geïntegreerd in het volledige systeem.
De laatste machines zijn vrij groot - vrijwel kamerformaat. Mason merkt op dat elke nieuwe generatie lithografietools een moeilijker proces heeft veroorzaakt met grotere machines die steeds kleinere functies hebben gecreëerd. Op dit punt, zei hij, kan niemand een expert in het hele proces zijn, dus het vereist veel teamwerk, zowel binnen de fabriek als met de andere bedrijfslocaties.
"Het is niet zoals 10 jaar geleden, toen het gemakkelijk was", grapte Mason en merkte op dat de oudere processen ook "op dat moment onmogelijk leken."
Hoe complex ze ook zijn, de huidige EUV-machines zijn niet het einde van de lijn. Mason zei dat het bedrijf werkt aan EUV met hoge NA (numerieke apertuur), samen met verbeteringen in holistische lithografie en extra optische nabijheidscorrectie-eigenschappen om nog fijnere functies te kunnen afdrukken. Het verbeteren van de transistordichtheid is "aanzienlijk werk", zei Mason, en merkte op dat medewerkers van de faciliteit een verantwoordelijkheid voelen om de nieuwe technologie te leveren.
Ik kreeg de gelegenheid om door de fabriek te lopen met ASML Wilton GM Bill Amalfitano, die uitlegde dat de productie plaatsvond in een cleanroom van 90.000 vierkante voet, in een faciliteit van 300.000 vierkante voet.
De cleanroom lijkt het equivalent van ongeveer twee verdiepingen hoog, en zelfs dat lijkt krap voor sommige van de nieuwste apparatuur, zoals volledige Twinscan EUV-machines. Het lijkt allemaal heel goed georganiseerd, met verschillende stations voor het maken van de tientallen verschillende subsystemen die in de laatste modules gaan, en alles kleurgecodeerd per functie.
Ik was benieuwd hoe dit soort werk in Connecticut terecht is gekomen. Mason en Amalfitano, die beiden al vele jaren in de faciliteiten werken, legden uit dat het allemaal jaren geleden begon toen Perkins-Elmer, toen in Norwalk, geavanceerde optica maakte voor dingen zoals spiegels voor de Hubble-telescoop. Dat bedrijf begon eind jaren zestig met lithografietools te werken en werd uiteindelijk een van de belangrijkste leveranciers met zijn Micralign-tools. Perkins-Elmer verkocht de divisie in 1990 aan Silicon Valley Group, die de nieuwe naam Silicon Valley Group Lithography (SVGL) kreeg, die op zijn beurt in 2001 werd overgenomen door ASML.
Onderweg, zo legde Amalfitano uit, is de faciliteit verder uitgebreid. Het heeft nu meer dan 1200 mensen in dienst - en groeit - van ongeveer 16.000 werknemers van ASML.
Benieuwd naar je breedband internet snelheid? Test het nu!
