Video: ASML: Chip making goes vacuum with EUV (Oktober 2024)
Når det gjelder chip-produksjon, er mindre bedre. Det vil si at mindre transistorer fører til brikker som pakker flere funksjoner inn i et mindre område, og historisk har dette ført til kontinuerlig forbedring av produkter så vel som lavere datakostnader, med tetthet fordoblet hvert annet år. Men de siste årene har denne forbedringen avtatt, delvis fordi det blir vanskeligere å bruke konvensjonelle litografiske verktøy for å produsere de mindre linjene som trengs for mindre brikker. Bransjens store håp om et gjennombrudd er noe som kalles ekstrem ultrafiolett litografi.
Jeg har skrevet om EUV i mange år, og de første testmaskinene ble installert for omtrent et tiår siden på chip-produksjonsanlegg på SUNY og IMEC. De store brikkeprodusentene har hatt test EUV-maskiner i årevis, men har nylig oppgradert maskinene sine og installert nye modeller, og snakker nå åpent om hvordan de vil bruke EUV på sine 7nm og 5nm produksjonsnoder.
Jeg ble litt overrasket over å vite nylig at noen av de viktigste komponentene i et EUV-system faktisk produseres i Wilton, Connecticut, omtrent 45 mil utenfor New York.
Først litt bakgrunn. Alle brikkene i elektronikken du bruker i dag er produsert i en kompleks serie trinn som involverer mønstring med fotolitografi, der lys passerer gjennom en maske på en silisiumskive, setter av materialer på skiven og etser bort de uønskede delene i rekkefølge for å fremstille transistorene og de andre komponentene i en brikke. En enkelt brikke vil vanligvis gå gjennom mange litografitrinn, og skape flere lag. I praktisk talt alle de nåværende ledende brikkene bruker produsenter en prosess som kalles 193nm immersion litografi, eller DUV (dyp ultrafiolett) litografi, der lys med en bølgelengde på 193nm brytes gjennom en væske til en fotoresist for å lage disse mønstrene.
Denne typen litografi har en grense - så langt størrelsen på linjene den kan lage på en passering - så i mange tilfeller har chipmakere valgt å mønstre et enkelt lag flere ganger for å lage det foreslåtte designet. Faktisk er dobbeltmønstring nå vanlig, og den nyeste generasjonen chips fra Intel og andre bruker en teknikk som kalles selvjustert firemønster (SAQP). Men hvert ekstra trinn i mønstring tar tid, og feil i å få mønstrene riktig justert kan gjøre det vanskeligere å lage hver brikke perfekt, og dermed redusere utbyttet av gode brikker.
Ekstrem ultrafiolett (EUV) litografi bruker lys med en mindre bølgelengde på 13, 5 nm. Dette kan mønstre mye finere funksjoner, men det gir også mange tekniske utfordringer. Som det en gang ble forklart for meg, begynner du med å spraye smeltet tinn på 150 mil i timen, slå den med en laser i en pre-puls for å fordele den, sprengte den med en annen laser for å lage et plasma og deretter sprette lyset av speil for å lage en bjelke som må treffe skiven på nøyaktig riktig sted. Med andre ord, det er som å prøve å treffe en baseball i en tommersone til nøyaktig samme sted på tribunen 10 milliarder ganger om dagen. For å få dette til å fungere, er en høydrevet plasmaenergikilde for å drive lyset nødvendig, og fordi den er så kompleks, krever prosessen nøyaktig justering av alle delene i systemet.
På grunn av denne kompleksiteten er ASML - den store nederlandske produsenten av litografiverktøy - det eneste selskapet som lager EUV-maskiner, og enhetene krever deler og moduler fra en rekke fasiliteter. Fabrikken i Wilton lager i dag kritiske moduler for både DUV og EUV-maskiner, i optikk og presisjonsmekanikk, ifølge ASML Fellow Chip Mason.
Spesielt lager Wilton-fabrikken modulen som tar den øverste tredjedelen av den nåværende Twinscan NXE: 3350B-maskinen, som håndterer og nøyaktig justerer retikkeltrinnet, som igjen holder masken som lyset skinner gjennom for å lage mønsteret, samt sensorer for innretting og nivellering av skiver. Selve toppmodulen er sammensatt av andre moduler produsert på fabrikken.
ASML Wilton daglig leder Bill Amalfitano forklarte hvordan toppmodulen i en EUV-maskin håndterer reticle, bunnen håndterer skiven, og midten håndterer optikk med meget presisjon, produsert av Zeiss.
Som Mason forklarte det, er nøyaktig plassering og justering av retikkelen med optikken avgjørende for å lage brikkene. For å gjøre dette, jobber teamet i Wilton med team i Nederland, en beregningsmessig litografigruppe i San Jose og en metrologigruppe. Maskinen måler hele tiden hvor ting er og mater tilbake korreksjoner i en prosess kjent som "helhetlig litografi." Alle delene blir sendt tilbake til ASML i Veldhoven, Nederland, hvor de deretter integreres i det komplette systemet.
De endelige maskinene er ganske store - ganske store i størrelse. Mason bemerker at hver nye generasjon litografiverktøy har ført til en vanskeligere prosess med større maskiner som skaper stadig mindre funksjoner. På dette tidspunktet, sa han, kan ingen personer være ekspert i hele prosessen, så det krever mye teamarbeid, både i fabrikken og med de andre selskapets lokasjoner.
"Det er ikke som for 10 år siden da det var lett, " spøkte Mason og la merke til at de eldre prosessene også "virket umulige den gangen."
Så komplekse som de er, er nåværende EUV-maskiner ikke slutten av linjen. Mason sa at firmaet jobber med High NA (numerisk blenderåpning) EUV, sammen med forbedringer i helhetlig litografi og ekstra optiske nærhetskorreksjonsfunksjoner, for å kunne skrive ut enda finere funksjoner. Å forbedre transistortettheten er "betydelig arbeid, " sa Mason og la merke til at ansatte ved anlegget føler et ansvar for å levere den nye teknologien.
Jeg hadde en mulighet til å gå gjennom fabrikken med ASML Wilton GM Bill Amalfitano, som forklarte at produksjonen skjedde i et 90 000 kvadratmeter stort rom, i et 300 000 kvadratmeter stort anlegg.
Renrommet ser ut til å være tilsvarer omtrent to etasjer høyt, og til og med det virker tett for noe av det nyeste utstyret, for eksempel full Twinscan EUV-maskiner. Det hele virker veldig godt organisert, med forskjellige stasjoner for å lage dusinvis av forskjellige delsystemer som går inn i de endelige modulene, og alt fargekodet etter funksjon.
Jeg var nysgjerrig på hvordan denne typen arbeid havnet i Connecticut. Mason og Amalfitano, som begge har jobbet på anleggene i mange år, forklarte at det hele startet for mange år siden da Perkins-Elmer, den gang i Norwalk, laget avansert optikk for ting som speil for Hubble-teleskopet. Dette selskapet begynte arbeidet med litografiske verktøy på slutten av 1960-tallet, og ble til slutt en av de største leverandørene med sine Micralign-verktøy. Perkins-Elmer solgte divisjonen til Silicon Valley Group i 1990, som omdøpte den til Silicon Valley Group Lithography (SVGL), som igjen ble kjøpt i 2001 av ASML.
Underveis, forklarte Amalfitano, har anlegget fortsatt å utvide. Det sysselsetter nå mer enn 1 200 mennesker - og vokser - av rundt 16 000 ansatte i ASML.
Er du nysgjerrig på bredbåndets internetthastighet? Test det nå!
