ASML levert 'in de komende maanden' eerste high-NA-machine voor massaproductie

ASML begint in de komende maanden met het leveren van zijn eerste high-NA-euv-chipproductiemachines die gericht zijn op massaproductie, zegt het bedrijf tegen Tweakers. High-NA is de tweede euv-generatie, die het mogelijk moet maken om kleinere transistors af te beelden.

De eerste modules van de TwinScan EXE:5200 worden in de komende maanden geleverd aan een klant, bevestigt ASML-ceo Christophe Fouquet tijdens een persevenement tegenover Tweakers. De chipmachinemaker zei eerder al dat die machine in 2025 geleverd zou worden, maar deelde niet eerder een concretere tijdlijn. De topman zegt dat de eerste EXE:5200-modules ‘gefinaliseerd’ zijn, hoewel het bedrijf in de toekomst blijft doorwerken aan het verhogen van de productiviteit van high-NA, bijvoorbeeld door het vermogen van de lichtbron te verhogen.

Het was al bekend dat Intel als eerste chipfabrikant een EXE:5200-machine zal ontvangen. Die chipmaker heeft ook als eerste bedrijf een productieproces op basis van high-NA op zijn roadmap staan in de vorm van 14A, dat in de loop van 2026 geïntroduceerd moet worden. De machine zal geleverd worden aan Intels fabriek in Oregon, waar het bedrijf het gros van zijn r&d-werkzaamheden uitvoert.

Doorontwikkeling van euv

ASML werkt al sinds 2014 aan high-NA-euv. Het betreft een doorontwikkeling van ASML’s euv-chipproductietechniek, die dezelfde lichtgolflengte van 13,5nm gebruikt in combinatie met een grotere numerieke apertuur van 0,55, waar de huidige euv-machines nog een NA van 0,33 hebben. Door die grotere NA kan de optiek van de machines meer licht opvangen, wat gelijkstaat aan een hogere ‘resolutie’. In theorie kunnen chipmakers met high-NA daardoor kleinere transistors maken met een enkele belichting. ASML zegt dat hun theoretische resolutie 13nm betreft voor low-NA, maar met high-NA wordt dat verlaagd naar 8nm, waarbij een lager getal beter is.

De ASML TwinScan EXE:5200 wordt de eerste productiemachine die gebaseerd is op high-NA; het bedrijf leverde tot op heden al drie EXE:5000-high-NA-machines aan fabrikanten, maar die waren vooral gericht op r&d door chipfabrikanten als Intel en TSMC. De EXE:5200 haalt een hogere throughput, wat betekent dat de machine meer wafers per uur kan belichten. De machine moet daarmee geschikt zijn voor commerciële productie.

Hoewel de EXE:5200 later dit jaar geleverd gaat worden, wil dat niet zeggen dat chipmakers de machine direct gaan gebruiken in de productie. Chipfabrikanten moeten zelf bepalen wanneer high-NA voor hun rendabel genoeg is om het te introduceren op hun roadmap. Intel heeft dat als eerste gedaan; Samsung en marktleider TSMC hebben nog niet bevestigd wanneer ze de chipmachines willen gaan gebruiken.

Hyper-NA-euv

Na high-NA komt ASML mogelijk nog met hyper-NA-euv-machines. Die krijgen een nog grotere numerieke apertuur, naar verwachting van 0,75. Het bedrijf heeft echter nog niet formeel besloten of hyper-NA op de roadmap komt, aangezien dat machinetype wederom duurder zal worden dan de voorgaande euv-generaties. Het bedrijf sprak eerder in een 'visieroadmap' wel over 'opportunity's' voor hyper-NA rond 2032.

Ceo Fouquet herhaalt tegenover Tweakers dat ASML wel al werkt aan plannen voor hyper-NA, zodat ze dat in de toekomst eventueel kunnen uitbrengen. Hyper-NA wordt interessant rond de tijd dat complementary fets worden geïntroduceerd, zei de topman. Ter illustratie: dat transistortype, bestaande uit gestapelde transistors met een positieve en negatieve lading, staat bij Belgisch onderzoeksinstituut imec op de roadmap voor rond 2031. Maar ook bij dat transistortype moet hyper-NA economisch rendabel zijn. Tweakers interviewde eerder voormalige ASML-cto Martin van den Brink, onder andere over de obstakels rondom hyper-NA. Hij zei toen dat de introductie van hyper-NA 'hangt op de kosten', maar dat hij er ook vertrouwen in heeft dat de mogelijkheden voor hyper-NA er zijn.

ASML's euv-roadmap, met een mogelijke hyper-NA-introductie in de loop van het volgende decennium. Bron: ASML

Reacties (22)

[bruinebeer]

hoe werkt het overgaan van bij 3nm naar 2nm?
dezelfde toestellen maar met geüpgrade componenten of is er voor elke stap een nieuw euv machine nodig vanuit asml

[Darkstriker]

Meestal worder er meer belichtingsstappen gezet. Zoals je in de tekst al kan lezen kunnen zelfs deze nieuwe machines niet in een klap 3nm structuren maken. Maar door verschillende patronen over elkaar te leggen is het wel mogelijk om kleinere structuren te maken. Echter kost elke keer herhaling van het procede om kleinere structuren mogelijk te maken enerzijds dat het langer duurt en anderzijds dat het risico of fabricatefouten toeneemt. Als de basis-resolutie van de machine beter is (zoals nu met High-NA-EUV mogelijk wordt), dan kunnen chips weer sneller en kleiner worden met minder defecten dan met de oude machines.

[SambalSamurai]

Zou de vergelijking met printkoppen "met meer spuitkoppen" in de printerwereld hier opgaan?

Waar voorheen één horizontale sweep een spuitkop laten we zeggen 180 nozzles ingezet werd, kan de resolutie met een nieuwe spuitkop met 200 nozzles zijn, waarmee dezelfde sweep een scherper beeld geeft en minder "fouten".

Ik probeer zelf ook beter te begrijpen hoe een High-NA-Euv werkt en welke verbeteringen ten opzichte van de bestaande huidige Euv het brengt volgend jaar en in de toekomst.

[Hechteleir]

Je kan het beter vergelijken met een kopieermachine met transparanten met zwarte lijntjes (zoals je die vroeger bij een overhead projector gebruikte). Als je licht met een kortere golflengte gebruikt dan kunnen de zwarte lijntjes op je transparant dunner zijn en nog steeds worden afgebeeld op je papier. Als je ze dan nog scherp in beeld kan brengen (zonder veel schaduw rond de lijntjes) dan kan je ook een 2de transparant gebruiken waarbij de lijntjes net tussen de lijntjes van de eerste transparant uitkomen. Dan kan je een afbeelding maken waarbij de lijntjes dubbel zo kort bij elkaar staan (double patterning). Daarvoor moet je hetzelfde papier wel 2 keer door je machine laten passeren en moet je transparant en papier de 2de keer wel zeer goed uitgelijnd zijn ten opzichte van de eerste keer (MMO = Match machine overlay).

• Dunnere lijntjes op je transparant mogelijk maken kan door kortere golflengte van licht te gebruiken: EUV (13nm) vs DUV (193nm).
• Scherpte van de projectie van de lijntjes op je papier kan je verbeteren door de NA te wijzigen 0.33 vs 0.55.
• Overlay (de fout tussen de 1ste keer en de 2de keer het papier door je machine te jagen) kan je verbeteren door preciezere mechanica te maken en alles goed uit te lijnen met sensoren.

[poktor]

Dit inderdaad. Goed uitgelegd! volgens mij vindt de belichting ook plaats in volledig vacüum, omdat de luchtmoleculen verstrooïng van het licht veroorzaken, met wazig beeld als resultaat.

[Hechteleir]

Het EUV licht (13nm) wordt geabsorbeerd door de moleculen in de lucht, dus het licht zou niet eens aankomen op de transparant en op het papier als dit niet in vacuum gebeurde (enkel voor EUV, niet voor DUV).

[poktor]

Ah kijk, ik loop nog achter ook. Dank!

[Darkstriker]

Die vergelijking is een beetje lastig. Fundamenteel brengt een lithografiemachine een laag materiaal aan die het onderliggende materiaal beschermd. Vervolgens wordt het onbeschermde materiaal verwijdert. Door dat process te herhalen kun je kleinere structuren maken dan de oorspronkelijke resolutie van de machine.

Fundamenteel is het chipfabricateprocess dus een process waarbij materiaal wordt verwijdert terwijl je bij printers juist materiaal toevoegt. Ik heb even geen goed voorbeeld bij de hand van een meer gebruikelijk/alledaags process dat op een vergelijkbare manier werkt om er een goede analogie van te maken. Maar misschien kan iemand anders daar een goed voorbeeld van leveren?

[Pe Nis]

Neen

[YopY]

Was het ook niet zo (mijn kennis van het proces is beperkt tot een youtube filmpje) dat elke hogere laag steeds groter en groter wordt? dwz, kleinste laag (transistors) zijn super klein, laag daarop is draadjes, laag daarop zijn dikkere draadjes en schakelingen, etc?

Tweede ding wat ik me afvraag, wat is de levensduur van zo'n machine? Want wat 10 jaar geleden de cutting edge was word volgens mij nog steeds gebruikt voor de productie van "goedkopere" chips e.d.

[Darkstriker]

Was het ook niet zo (mijn kennis van het proces is beperkt tot een youtube filmpje) dat elke hogere laag steeds groter en groter wordt? dwz, kleinste laag (transistors) zijn super klein, laag daarop is draadjes, laag daarop zijn dikkere draadjes en schakelingen, etc?

Uiteraard wordt niet elk element even "dik" geprint. Maar chips zijn (tegenwoordig) in beginsel 2-dimensioneel. Dat wil niet zeggen dat er geen hoogteverschillen zijn (kan immers door meerdere belichtigen) maar en is vziw slechts een laag bij deze chips al is het wel met enkele structuren die ook de derde dimensie gebruiken. Maar het is mogelijk dat mijn kennis op dit vlak out of date is.

Tweede ding wat ik me afvraag, wat is de levensduur van zo'n machine? Want wat 10 jaar geleden de cutting edge was word volgens mij nog steeds gebruikt voor de productie van "goedkopere" chips e.d.

Hangt er natuurlijk af van wat je met levensduur bedoelt. Ik neem aan economische levensduur?

"Standaard" EUV machines leveren nu pakwek sinds 2020 alle cutting-edge nodes (TSMC 5nm-class en 3nm-class en een deel van de 7nm-class procedes). Ook de 2nm procedes die in de komende 2 jaar verwacht worden zullen nog EUV gebruiken vziw. Dat zijn in principe dezelfde machines (uiteraard met onderhoud en zeker ook de nodig upgrade as-you-go) die dus uiteindelijk voor inderdaad rond de 10 jaar de cutting edge nodes gaan leveren. Maar of dat elke keer zo is, is natuurlijk een ander verhaal. Geen idee hoe dat in het verleden verliep maar ik gok dat het eerder korter was en met de tijd steeds langer wordt. Enerzijds omdat de machines steed ingewikkelder worden om te ontwikkelen en anderzijds omdat ze steeds duurder worden en het dus ook iets doet met het rendement van een chipmaker. Vervolgens kunnen die machines natuurlijk ook nog lang gebruikt worden als het procede niet meer cutting-edge is. Samsung, Global Foundries (en ook Intel) maken allemaal bakken vol chips op nodes die niet cutting edge zijn. Chips in witgoed, autos, cameras, chipsets, routers, SBCs, TVs, mid of low-end smartphones, IoT toepassingen enzv worden allemaal niet gemaakt op de allerlaatste nodes maar deels op nodes die 15 jaar of zelfs ouder zijn. De machines hoeven dus niet volledig te worden afgeschreven op moment dat er een nieuwe generatie aankomt die de cutting edge overneemt (zoals HNA-EUV dat in de komende jaren met EUV gaat doen). De marges op de chips die ze produceren dalen uiteraard wel.

[Reactie gewijzigd door Darkstriker op 30 januari 2025 11:10]

[Pe Nis]

PAS5500 staat nog steeds te stampen.

[tedades]

Aangezien ze vaak een compleet nieuwe fabriek naast de oude bouwen ga ik er ook vanuit dat er nieuwe machines in komen te staan.

[Scriptkid]

Wat als hyper na failed ,

Is er dan geen roadmap meer end of the line ?

[tedades]

Een plan kun je altijd nog aanpassen. Eerst eens afwachten of High-NA een succes gaat zijn en dan pas kijken naar Hyper-NA lijkt me.

[Superstoned]

Er zal zeker wel een roadmap zijn, zelfs zonder Hyper-NA - wat heel andere technieken gebruikt. Misschien andere materialen, bijvoorbeeld... Of weer een nieuw type laser... ik heb geen idee wat precies, maar ze zijn altijd met heel veel verschillende dingen bezig.

[Groningerkoek]

Nee dat niet. Maar er zijn totaal verschillende dingen gaande bij dit soort ontwikkelingen.

Nieuwe technieken ontwikkelen die kleiner/sneller/beter kunnen.

Nieuwe methoden toepasbaar maken voor productie/massaproductie. En schijnbaar lopen ze nu tegen de commerciële haalbaarheid van de huidige techniek aan.

Je kunt nog zulke mooie dingen in je lab ontdekken, als je het niet in een machine krijgt voor een prijs waarvoor klanten deze nog willen kopen heb je er "niets" aan.

Het zal er dus vanaf hangen welke mooie dingen ze al in het lab hebben ontdekt en wat ze nog gaan ontdekken. En ze hebben nog wat jaren voor er een nieuwe machine op de markt moet komen.

[Reactie gewijzigd door Groningerkoek op 29 januari 2025 18:01]

[Pe Nis]

Je kunt altijd multipatterning doen.

[Reactie gewijzigd door Pe Nis op 30 januari 2025 15:30]

[RogerWilco2]

Op een gegeven moment houdt het gewoon op.
De afstand tussen 2 silicium atomen is 0.54 nm.
De 5/4/3 nm die we op dit moment zien geld dan ook al lang niet meer voor de grootte van een transistor, maar dat met veel truuks sommige delen van het systeem zo klein gemaakt kunnen worden.
We hebben het hier over enkele atomen dik en ongelofelijke precisie. Het eUV proces zelf heeft een resolutie van 13.5 nm geloof ik.

We zitten best aan de grenzen van wat mogelijk is.

[Pe Nis]

Dat hangt af van de NA. CD=k1*(lambda/NA). NXE 13 nm, EXE 8 nm resolution.

[MikeyVonG]

Ja het houd op een gegeven moment op met verkleinen. Maar nee, we zitten nog niet helemaal de buurt van de grens.
Google de imec roadmap eens. Het vermoeden is er toch wel dat we nog de aankomende 20 jaar kunnen verkleinen.

Maar ook daarna staat het niet stil, we gaan gewoon omhoog om echte 3D structuren te maken. Dat doen we nu ook al maar met name met de stroom toe en afvoer lijnen. Dankzij dingen als backside power delivery komt hier ook weer plaats voor.

[DarkeasterB]

Gezien de ontwikkelings tijd van zulke apparatuur kan je je dat waarschijnlijk niet veroorloven. Niet als ASML zijn voorsprong wilt behouden.