Chip-making: euv tar et stort skritt

Etter all hypen om 50-årsjubileet for Moore's Law forrige uke, var det en virkelig indikasjon på at de neste trinnene kommer nærmere denne uken, da utstyrsprodusenten ASML kunngjorde at den hadde oppnådd en avtale om å selge minimum 15 nye EUV-litografiverktøy til en ikke navngitt kunde i USA, nesten helt sikkert Intel.

Chip-selskaper har i mange år snakket om løftet om ekstrem ultrafiolett litografi, og utpeker det som en erstatning for fordypelseslitografien som har blitt standarden når det gjelder å lage avanserte chips i mer enn et tiår. Med nedsenkingslitografi brytes små bølgelengder av lys gjennom en væske for å trykke mønstrene som brukes til å lage transistorene på en brikke. Dette fungerte bra for flere generasjoner av chip-produksjon, men de siste årene, ettersom avansert chip-produksjon har flyttet til 20-, 16- og 14nm-nodene, har brikkeprodusenter måttet bruke det som kalles "double patterning" for å lage enda mindre mønstre på sjetongene. Dette resulterer i mer tid og mer utgifter i å lage lagene på brikken som trenger dobbel mønstring; og dette vil bare bli vanskeligere ved påfølgende generasjoner.

Med EUV kan lyset være mye mindre, og dermed vil en brikkeprodusent trenge færre passeringer for å lage et lag av brikken som ellers ville trenge flere passeringer med nedsenkingslitografi. Men for å få dette til å fungere, må slike maskiner kunne fungere konsekvent og pålitelig. Det største problemet har vært å utvikle en plasma-energikilde - effektivt en kraftig laser - som vil fungere konsekvent og dermed erstatte 193nm lyskilde som er vanlig i fordypningsmaskinene.

ASML har jobbet med dette i mange år, og for noen år tilbake kjøpte Cymer, det ledende selskapet som prøver å lage lyskilden. Omtrent på samme tid mottok den investeringer fra de største kundene - Intel, Samsung og TSMC. Underveis ga selskapet mange kunngjøringer om fremgangen det gjorde da det beveget seg fra verktøy som var i stand til å produsere noen få skiver i timen til mer nylig, når tallene har begynt å komme nærmere de 100 skivene i timen eller så vil ta for å gjøre EUV kostnadseffektivt.

ASML foretrekker å snakke om en kombinasjon av skiver per dag og tilgjengelighet, hvor mye tid verktøyet faktisk er i produksjon. I inntekter forrige uke sa selskapet at målet i år var å få verktøyene til å produsere 1000 skiver om dagen til minimum 70 prosent tilgjengelighet; og sa at en kunde allerede var i stand til å komme til 1000 skiver om dagen (men antagelig ikke med den tilgjengeligheten). ASML har som mål å komme til 1500 skiver per dag i 2016, på hvilket tidspunkt det tror verktøyet vil være økonomisk for noen applikasjoner.

I sin inntekt konferansesamtale forrige uke, sa TSMC at den har to verktøy for tiden i stand til en gjennomsnittlig skiveoverføring på noen hundre skiver per dag ved hjelp av en 80 watt kraftkilde.

Ved høstens Intel Developer Forum sa Intel Senior Fellow Mark Bohr, Logic Technology Development, at han var veldig interessert i EUV for potensialet i forbedret skalering og forenkling av prosessflyt, men sa at selv om Intel var veldig interessert i EUV, var det bare ikke klar ennå med tanke på pålitelighet og produserbarhet. Som et resultat, sa han, verken Intels 14nm eller 10nm noder bruker den teknologien. Den gang sa han at Intel "ikke satset på det" i 7 nm og kunne produsere brikker på den noden uten den, selv om han sa at det ville være bedre og enklere med EUV.

Nyheten ser ut til å indikere at Intel nå tror EUV kan være klar for den prosessnoden. Selv om ASML ikke bekreftet at Intel var kunde, er det egentlig ikke et annet amerikansk-basert firma som trenger mange verktøy; og timingen ser ut til å passe til Intels 7nm produksjonsbehov. Men vær oppmerksom på at kunngjøringen bare sa at to av de nye systemene var beregnet for levering i år, mens resten av de 15 var planlagt til senere, og Intel selv har ikke bekreftet at de vil bruke 7nm. Sannsynligvis posisjonerer Intel seg slik at hvis verktøyene virkelig går fremover i det tempoet ASML forutsier, kan de bruke det på 7nm.

Selvfølgelig har de fleste av de andre store brikkeprodusentene også vært kunder av tidlige verktøy, og TSMC har også vært veldig sprek om å ville ha slikt utstyr for fremtidig produksjon. Du kan forvente at andre chipstøperier, spesielt Samsung og Globalfoundries, også vil være på linje, og etter hvert også minneprodusentene.

I mellomtiden har det vært mye spekulasjoner om nye materialer som blir brukt ved nye prosessknuter, for eksempel anstrengt germanium og indium galliumarsenid. Også dette ville være en stor forandring fra materialene som brukes nå. Igjen, dette er ikke bekreftet, men det er interessant.

Når alt dette er samlet, ser det ut som teknikkene som trengs for å lage enda tettere chips fortsetter å forbedre seg, men at kostnadene for å flytte til hver nye generasjon vil fortsette å øke.