Chip-making: euv tar ett stort steg

Efter all hype om 50-årsjubileet för Moore's Law förra veckan, fanns det en verklig indikation på att nästa steg närmar sig denna vecka, eftersom utrustningstillverkaren ASML meddelade att den hade nått en överenskommelse om att sälja minst 15 nya EUV-litografiverktyg till en namngiven kund i USA, nästan säkert Intel.

Chipföretag har talat om löften om extrem ultraviolett litografi i åratal och berättar det som en ersättning för nedsänkningslitografin som har blivit standarden för att göra avancerade chips i mer än ett decennium. Med nedsänkningslitografi bryts små våglängder av ljus genom en vätska för att skriva ut mönstren som används för att skapa transistorerna på ett chip. Detta fungerade bra för flera generationer av chiptillverkning, men under de senaste åren, eftersom avancerad chiptillverkning har flyttat till 20-, 16- och 14nm-noderna, har chiptillverkare varit tvungna att använda det som kallas "double patterning" för att skapa ännu mindre mönster på chipsen. Detta resulterar i mer tid och mer kostnad för att skapa de lager av chipet som behöver dubbel mönster; och detta kommer bara att bli svårare vid efterföljande generationer.

Med EUV kan ljuset vara mycket mindre och därmed skulle en chiptillverkare behöva färre pass för att skapa ett lager av chipet som annars skulle behöva flera passeringar av nedsänkningslitografi. Men för att detta ska fungera framgångsrikt måste sådana maskiner kunna arbeta konsekvent och pålitligt. Den största frågan har varit att utveckla en plasma-energikälla - effektivt en högeffektiv laser - som kommer att fungera konsekvent och därmed ersätta 193nm ljuskälla som är vanlig i nedsänkningsmaskinerna.

ASML har arbetat med detta i flera år och för några år tillbaka förvärvat Cymer, det ledande företaget som försöker skapa ljuskällan. Ungefär samtidigt fick det investeringar från sina största kunder - Intel, Samsung och TSMC. Under hela vägen gjorde företaget massor av tillkännagivanden om de framsteg som det gjorde när det rörde sig från verktyg som kunde producera ett fåtal skivor per timme tills mer nyligen, när siffrorna har börjat komma närmare de 100 skivorna i timmen eller så kommer att ta för att göra EUV kostnadseffektivt.

ASML föredrar att prata om en kombination av skivor per dag och tillgänglighet, hur mycket tid verktyget faktiskt är i produktion. I sitt vinstsamtal förra veckan sade företaget att målet i år var att få verktygen för att producera 1 000 skivor per dag till ett minimum av 70 procents tillgänglighet; och sa att en kund redan kunde komma till 1 000 skivor om dagen (men förmodligen inte med den tillgängligheten). ASML: s mål är att komma till 1 500 skivor per dag 2016, då den tror att verktyget kommer att vara ekonomiskt för vissa applikationer.

I sitt konferenssamtal förra veckan sade TSMC att det har två verktyg som för närvarande kan ha en genomsnittlig rånström på några hundra rån per dag med en 80-watt kraftkälla.

Vid förra höstens Intel Developer Forum sa Intel Senior Fellow Mark Bohr, Logic Technology Development, att han var mycket intresserad av EUV för dess potential i förbättrad skalning och processflödesförenkling, men sade att även om Intel var mycket intresserad av EUV, var det bara ännu inte redo vad gäller tillförlitlighet och tillverkbarhet. Som ett resultat, sade han, varken Intels 14nm eller 10nm noder använder den tekniken. Vid den tiden sa han att Intel "inte satsade på det" för 7 nm och kunde tillverka chips på den noden utan den, även om han sa att det skulle bli bättre och enklare med EUV.

Nyheterna tycks indikera att Intel nu tror att EUV kan vara redo för den processnoden. Även om ASML inte bekräftade att Intel var kund, finns det verkligen inget annat USA-baserat företag som skulle behöva så många verktyg; och timingen verkar passa i Intels 7nm tillverkningsbehov. Men notera att tillkännagivandet bara sade att två av de nya systemen var planerade att levereras i år, med resten av de 15 planerade för senare, och Intel själv har inte bekräftat att det kommer att använda 7nm. Troligen är Intel att positionera sig så att om verktygen verkligen fortskrider i den takt som ASML förutspår, kan de använda det vid 7nm.

Naturligtvis har de flesta av de andra stora chiptillverkarna också varit kunder med tidiga verktyg, och TSMC har också varit väldigt sprek om att vilja ha sådan utrustning för framtida tillverkning. Du kan förvänta dig att andra chipgjuterier, särskilt Samsung och Globalfoundries, också kommer att vara i linje, och så småningom minnestillverkarna.

Under tiden har det spekulerats mycket om att nya material används vid nya processnoder, såsom ansträngda germanium och indium galliumarsenid. Detta skulle också vara en stor förändring från de material som för närvarande används. Återigen har detta inte bekräftats, men det är intressant.

Sammantaget ser det ut som de tekniker som krävs för att göra ännu tätare chips fortsätter att förbättras, men att kostnaderna för att flytta till varje ny generation fortsätter att öka.