Chip maken: euv neemt een grote stap

Na alle hype rond de 50e verjaardag van de wet van Moore vorige week, was er een echte aanwijzing dat de volgende stappen deze week dichterbij komen, omdat apparatuurfabrikant ASML aankondigde een overeenkomst te hebben bereikt om minimaal 15 nieuwe EUV-lithografietools te verkopen aan een naamloze klant in de VS, vrijwel zeker Intel.

Chipbedrijven praten al jaren over de belofte van extreme ultraviolette (EUV) lithografie en noemen het een vervanging voor de immersielithografie die de standaard is geworden bij het maken van geavanceerde chips voor meer dan een decennium. Met immersielithografie worden kleine golflengten van licht door een vloeistof gebroken om de patronen af ​​te drukken die worden gebruikt om de transistoren op een chip te maken. Dit werkte goed voor meerdere generaties chipproductie, maar in de afgelopen jaren, omdat geavanceerde chipproductie is verplaatst naar de 20, 16 en 14nm-knooppunten, moesten chipfabrikanten zogenaamde "dubbele patronen" gebruiken om nog kleinere patronen op de chips. Dit resulteert in meer tijd en meer kosten bij het creëren van de lagen van de chip die dubbel moeten worden gevormd; en dit wordt alleen maar moeilijker bij volgende generaties.

Met EUV kan het licht veel kleiner zijn en dus zou een chipmaker minder passages nodig hebben om een ​​laag van de chip te maken die anders meerdere passages van immersielithografie nodig zou hebben. Maar om dit succesvol te laten werken, moeten dergelijke machines consistent en betrouwbaar kunnen werken. Het grootste probleem was de ontwikkeling van een plasma-energiebron - in feite een krachtige laser - die consistent zal werken, waardoor de 193 nm lichtbron die gebruikelijk is in de dompelmachines wordt vervangen.

ASML is hier al jaren mee bezig en een paar jaar geleden heeft Cymer overgenomen, het toonaangevende bedrijf dat de lichtbron probeert te maken. Rond dezelfde tijd ontving het investeringen van zijn grootste klanten - Intel, Samsung en TSMC. Onderweg maakte het bedrijf veel aankondigingen over de vooruitgang die het boekte, omdat het overstapte van tools die een paar wafels per uur konden produceren tot meer recent, toen de cijfers dichter bij de 100 wafels per uur begonnen te komen of zo zal nemen om EUV kosteneffectief te maken.

ASML praat liever over een combinatie van wafels per dag en beschikbaarheid, de hoeveelheid tijd dat de tool daadwerkelijk in productie is. In zijn winstoproep vorige week zei het bedrijf dat het zijn doel dit jaar was om de tools te krijgen om 1.000 wafels per dag te produceren met een minimum van 70 procent beschikbaarheid; en zei dat één klant al 1000 wafels per dag kon krijgen (hoewel vermoedelijk niet bij die beschikbaarheid). ASML's doel is om in 2016 1500 wafels per dag te krijgen, op welk punt het denkt dat de tool voor sommige toepassingen economisch zal zijn.

In zijn winstconferentie vorige week zei TSMC dat het twee tools heeft die momenteel in staat zijn een gemiddelde wafeldoorvoer van een paar honderd wafels per dag te gebruiken met een 80-watt stroombron.

Op het Intel Developer Forum van afgelopen herfst zei Intel Senior Fellow Mark Bohr, Logic Technology Development, dat hij erg geïnteresseerd was in EUV vanwege het potentieel voor verbeterde schaalvergroting en vereenvoudiging van de processtroom, maar zei dat hoewel Intel erg geïnteresseerd was in EUV, het gewoon nog niet klaar qua betrouwbaarheid en maakbaarheid. Als gevolg hiervan, zei hij, gebruiken noch de 14 nm of 10 nm knooppunten van Intel die technologie. Destijds zei hij dat Intel "er niet op gokte" voor 7 nm en zonder dat chips op dat knooppunt kon produceren, hoewel hij zei dat het beter en gemakkelijker zou zijn met EUV.

Het nieuws lijkt erop te wijzen dat Intel nu denkt dat EUV klaar is voor dat procesknooppunt. Hoewel ASML niet bevestigde dat Intel de klant was, is er echt geen ander Amerikaans bedrijf dat zoveel tools nodig heeft; en de timing lijkt te passen bij Intel's 7nm productiebehoeften. Maar let op de aankondiging zei alleen dat twee van de nieuwe systemen gepland waren voor levering dit jaar, en de rest van de 15 gepland voor later, en Intel zelf heeft niet bevestigd dat het 7nm zal gebruiken. Waarschijnlijk positioneert Intel zichzelf zodanig dat als de tools echt vorderen in het tempo dat ASML voorspelt, het het op 7nm kan gebruiken.

Natuurlijk zijn de meeste andere grote chipfabrikanten ook klanten van vroege tools geweest, en TSMC is ook zeer uitgesproken over het willen hebben van dergelijke apparatuur voor toekomstige productie. Je zou verwachten dat andere chipgieterijen, met name Samsung en Globalfoundries, ook in de rij staan, en uiteindelijk ook de geheugenfabrikanten.

Ondertussen is er veel gespeculeerd over nieuwe materialen die worden gebruikt op nieuwe procesknooppunten, zoals gespannen germanium en indium galliumarsenide. Ook dit zou een grote verandering zijn ten opzichte van de materialen die momenteel worden gebruikt. Nogmaals, dit is niet bevestigd, maar het is interessant.

Alles bij elkaar genomen lijkt het erop dat de technieken die nodig zijn om nog meer dichte chips te maken, blijven verbeteren, maar dat de kosten voor de overstap naar elke nieuwe generatie zullen blijven stijgen.