Video: ASML in 1 minute (September 2024)
När det gäller chiptillverkning är mindre bättre. Det vill säga att mindre transistorer leder till chips som packar fler funktioner i ett mindre område, och historiskt sett har detta lett till ständiga förbättringar av produkter såväl som lägre datorkostnader, med densiteter som fördubblas vartannat år eller så. Men de senaste åren har denna förbättring minskat, delvis eftersom det blir svårare att använda konventionella litografiska verktyg för att producera de mindre linjerna som behövs för mindre chips. Branschens stora hopp för ett genombrott är något som kallas extrem ultraviolett litografi.
Jag har skrivit om EUV i flera år, och de första testmaskinerna installerades för ungefär ett decennium sedan vid chiptillverkningsanläggningar vid SUNY och IMEC. De stora chipmakarna har testat EUV-maskiner i flera år, men har nyligen uppgraderat sina maskiner och installerat nya modeller och talar nu öppet om hur de kommer att använda EUV på sina 7nm och 5nm tillverkningskoder.
Jag blev lite förvånad över att få veta nyligen att några av de viktigaste komponenterna i ett EUV-system faktiskt tillverkas i Wilton, Connecticut, cirka 45 mil utanför New York.
Först lite bakgrund. Alla chips i elektroniken du använder idag produceras i en komplex serie steg som involverar mönster med fotolitografi, där ljus passerar genom en mask på en kiselskiva, avsätter material på skivan och etsar bort de oönskade delarna i följd för att tillverka transistorerna och de andra komponenterna i ett chip. Vanligtvis kommer ett enda chip att gå igenom många litografisteg, vilket skapar flera lager. I nästan alla nuvarande ledande chips använder tillverkare en process som kallas 193nm immersion litografi, eller DUV (djup ultraviolett) litografi, där ljus med en våglängd 193nm bryts genom en vätska till en fotoresist för att skapa dessa mönster.
Denna typ av litografi har en gräns - så långt som storleken på linjerna den kan skapa på ett pass - så i många fall har chipmakare vänt sig till mönster ett enda lager flera gånger för att skapa den föreslagna designen. Faktum är att dubbelmönster är nu vanligt, och den nyaste generationen av chips från Intel och andra använder en teknik som kallas självinriktad quad patterning (SAQP). Men varje ytterligare mönstersteg tar tid, och fel i att få mönstren korrekt justerade kan göra det svårare att göra varje chip perfekt och därmed minska utbytet av bra chips.
Extrem ultraviolett (EUV) litografi använder ljus med en mindre våglängd på 13, 5 nm. Detta kan mönstra mycket finare funktioner, men det innebär också många tekniska utmaningar. Som det en gång förklarades för mig, börjar du med att spraya smält tenn på 150 miles per timme, slå den med en laser i en förpuls för att distribuera den, spränga den med en annan laser för att skapa en plasma och sedan studsa av ljuset speglar för att skapa en balk som måste träffa skivan på exakt rätt plats. Med andra ord, det är som att försöka träffa en baseboll i en tum-zon till exakt samma plats på tribunerna 10 miljarder gånger om dagen. För att detta ska fungera krävs en högdriven plasma-energikälla för att driva ljuset, och eftersom det är så komplicerat kräver processen exakt anpassning av alla delar i systemet.
På grund av denna komplexitet är ASML - den stora holländska tillverkaren av litografiverktyg - det enda företag som tillverkar EUV-maskiner, och enheterna kräver delar och moduler från ett antal anläggningar. Fabriken i Wilton tillverkar idag kritiska moduler för både DUV och EUV-maskiner, inom optik och precisionsmekanik, enligt ASML Fellow Chip Mason.
I synnerhet tillverkar Wilton-fabriken modulen som tar upp den övre tredjedelen av den nuvarande Twinscan NXE: 3350B-maskinen, som hanterar och exakt justerar retikettsteget, som i sin tur håller masken genom vilken ljuset lyser för att göra mönstret, samt sensorer för inriktning av skivor och utjämning. Själva toppmodulen består av andra moduler som tillverkats på fabriken.
ASML Wilton-generaldirektör Bill Amalfitano förklarade hur i en EUV-maskin hanterar toppmodulen retikulär, botten hanterar skivan och mittenhanterar optik med mycket hög precision, tillverkad av Zeiss.
Som Mason förklarade det, är exakt positionering och anpassning av retikulan med optiken avgörande för att göra chips. För att göra detta arbetar teamet i Wilton med team i Nederländerna, en beräkningslitografigrupp i San Jose och en metrologigrupp. Maskinen mäter ständigt var saker är och matar tillbaka korrigeringar i en process som kallas "holistisk litografi." Alla delar skickas tillbaka till ASML i Veldhoven, Nederländerna, där de sedan integreras i hela systemet.
Slutmaskinerna är ganska stora - ganska mycket rymdstora. Mason konstaterar att varje ny generation litografiverktyg har lett till en svårare process med större maskiner som skapar allt mindre funktioner. Vid denna tidpunkt, sa han, kan ingen person vara expert på hela processen, så det kräver mycket teamarbete, både inom fabriken och med andra företagslokaler.
"Det är inte som för tio år sedan när det var lätt, " skämtade Mason och noterade att de äldre processerna också "verkade omöjliga vid den tiden."
Så lika komplicerade som de är är nuvarande EUV-maskiner inte slutet på linjen. Mason sa att företaget arbetar med High NA (numerisk bländare) EUV, tillsammans med förbättringar i holistisk litografi och ytterligare optiska närhetskorrigeringsfunktioner, för att kunna skriva ut ännu finare funktioner. Att förbättra transistortätheten är "betydande arbete", sa Mason och noterade att anställda på anläggningen känner ett ansvar för att leverera den nya tekniken.
Jag hade en möjlighet att gå genom fabriken med ASML Wilton GM Bill Amalfitano, som förklarade att tillverkningen gjordes i ett 90 000 kvadratmeter rent rum, i en anläggning på 300 000 kvadratmeter.
Renrummet verkar motsvara ungefär två våningar högt, och till och med det verkar snävt för någon av de nyaste utrustningarna, till exempel full Twinscan EUV-maskiner. Allt verkar mycket välorganiserat, med olika stationer för att skapa dussintals olika delsystem som går in i de slutliga modulerna, och allt färgkodat efter funktion.
Jag var nyfiken på hur den här typen av arbete hamnade i Connecticut. Mason och Amalfitano, som båda har arbetat vid anläggningarna i många år, förklarade att det hela började för år sedan när Perkins-Elmer, då i Norwalk, skapade avancerad optik för saker som speglar för Hubble-teleskopet. Det företaget började arbeta med litografiverktyg i slutet av 1960-talet och blev så småningom en av de största leverantörerna med sina Micralign-verktyg. Perkins-Elmer sålde divisionen till Silicon Valley Group 1990, som döpte namn till Silicon Valley Group Lithography (SVGL), som i sin tur förvärvades 2001 av ASML.
Längs vägen, förklarade Amalfitano, har anläggningen fortsatt att expandera. Det har nu mer än 1 200 anställda - och växer - av cirka 16 000 anställda i ASML.
Är du nyfiken på din bredbandsinternet hastighet? Testa det nu!
