'Nederlandse e-beam-machine is in staat tot 10nm-lithografie'

Volgens een Frans technologie-onderzoekscentrum is de lithografiemachine die door het Delftse bedrijf Mapper Lithography werd ontwikkeld geschikt voor transistors van 14 en 10 nanometer. De machine werkt met elektronenbundels.

De zogeheten electron beam of kortweg e-beam- lithografische techniek moet op termijn de huidige lithografische technieken die met ultraviolet licht werken opvolgen. Naarmate de te produceren features van transistors kleiner worden, stappen chipfabrikanten en producenten van de benodigde apparatuur over op licht met een steeds kortere golflengte. Voor de productie van de huidige generatie processors tot 22nm is ultravioletlicht nog voldoende, maar voor toekomstige generaties moeten kleinere golflengtes gebruikt worden.

Een van de kandidaten naast 'double patterning', computational lithography en euv-lithografie, is electron beam-lithography. Deze techniek maakt geen gebruik van licht, maar van bundels elektronen om het masker voor de productie van chips af te tekenen. Het Nederlandse bedrijf Mapper Lithography ontwierp een prototype van een multibeam-lithografiemachine die transistors met featuresizes van minder dan 22nm moet kunnen produceren.

Het prototype werd getest door het Franse technologie-instituut CEA-Leti, waarmee Mapper Lithography samenwerkt. CEA-Leti slaagde erin om testpatronen van 22nm te produceren, maar ook 14nm- en zelfs 10nm-afmetingen zouden met de techniek mogelijk zijn. De elektronenbundeltechniek maakt gebruik van verschillende elektronenbundels om de te etsen structuren, zonder gebruik van een masker, op een wafer aan te brengen.

Beide bedrijven hebben onder de naam Imagine een r&d-overeenkomst met een looptijd van drie jaar getekend. In die periode moet een verbeterde testmachine van Mapper bij CEA-Leti worden geïnstalleerd. In de loop van 2012 moet het systeem één wafer per uur kunnen afleveren, wat opgeschaald zou kunnen worden tot tien wafers per uur. Onder meer TSMC en STMicroelectronics nemen eveneens deel aan het Imagine-programma.

Helaas!
De video die je probeert te bekijken is niet langer beschikbaar op Tweakers.net.

Reacties (30)

[Molybdenum]

E-beam lithografie is een mooie, maar langzame techniek: seriëel belichten ipv parallel belichten. Dwz: met e-beam litho teken je met een bundel je hele patroon, terwijl met optische litho je het patroon in één keer op je substraat flitst. Je hebt dan een masker nodig zoals gezegd.

Ikzelf zit al ruim 7 jaar in de e-beam litho (Philips, High Tech Campus) en de machine die wij gebruiken is onderhand 10 jaar oud, maar kan qua resolutie goed mee. Hij heeft maar één bundel en is niet snel. Desalniettemin is de hoeveelheid data die zo'n machine in gaat enorm: elke geschreven 'pixel' moet berekend en aangevoerd worden als digitale data.

Interessante uitdaging voor MAPPER is niet alleen het belichten met 10.000-en bundels parallel, maar elke bundel moet gestuurd worden: dat betekent een enorme bandbreedte aan data dat in zo'n machine moet worden gepompt.

[Molybdenum]

Ik ken de getallen van MAPPER niet, maar ik was in 2009 op een Workshop in Stuttgart en daar werd een vergelijkbaar systeem beschreven. Dit was ook een multibeam systeem, alleen hier werden de bundels gedefinieerd middels een zgn. aperture plate (een soort dynamisch masker voor electronenbundels).

http://www.sematech.org/m...CPM_Brandstaetter_IMS.pdf

Hier had men het over in de orde van bijna een Terabyte per seconde (ja, byte) als je 10% van de throughput van een high-end ASML scanner wilt halen (175 wafers (diam. 300 mm) per uur, 32 nm node).

Bij MAPPER moet je denken aan vergelijkbare getallen.

http://www.asml.com/asml/show.do?lang=EN&ctx=6717

[Reactie gewijzigd door Molybdenum op 23 juli 2024 21:24]

[Jhonny44]

10 nanometer. Komen we dan niet dichtbij het punt waar het element gewoon te groot gaat worden? En als de looptijd 3 jaar is, houd dat dan in dat over iets meer dan 3 jaar TSMC bijvoorbeeld chips gaat produceren op 10 nm schaal?

[Shapeshifter]

De kleinste node op de roadmap is momenteel 11 nm, maar de gate is dan al 6 nm en dan kom je in de lengteschaal waar kwantumtunneling een probleem is. Verwacht wordt dat deze chips in 2015 gemaakt kunnen worden.

E-beam gaat daar niet bij helpen, want het is gewoon een ander productieproces, je zit gewoon aan de limiet dan. Verder zijn de huidige e-beam machines ook totaal niet geschikt voor massaproductie. Het wordt door ons vooral gebruikt om maskers te maken voor normale lithografie (waarmee je wel massaproductie hebt). Gelukkig zijn er wel alternatieven hoor. Spintronica bijvoorbeeld en ik zit momenteel in de optische chips die vele malen sneller kunnen zijn dan die achterhaalde elektronica waar we nu mee werken, 100GHz is tamelijk langzaam in mijn vakgebied...

[Reactie gewijzigd door Shapeshifter op 23 juli 2024 21:24]

[Shodan]

Toch is het idee dat deze technologie wel degelijk gebruikt gaat worden voor het maken van chips. Het verschil met standaard e-beam lithografie is dat er hier ipv 1 e-beam 10.000 e-beams in zitten die simultaan kunnen schrijven en zo het productieproces versnellen. Het is nog steeds langzamer dan een stepper, die kan 100 - 200 wafers per uur processen en de Mapper slechts 10, maar er kan gekozen worden om alleen de meest kritische dimensies ermee af te beelden terwijl de rest nog gewoon over de stepper gaat.

Bovendien is het voor chips-producenten / ontwikkelaars ook een erg groot voordeel dat er geen nieuwe maskers gemaakt hoeven te worden, maar dat het patroon direct op de wafers geschreven kunnen worden.

[zonoskar]

Als die mapper machine dan 1/10de van de prijs is van een high-end stepper heb je alleen het nadeel van meer fab floor gebruik.

[PaulLangemeijer]

ik denk dat het combineren van verschillende processen(voor snelheidswinst) misschien nog wel veel moeilijker is, omdat je een extra calibratiestap nodig zult hebben. Als je het pattern in 1x schrijft met dezelfde afwijking/onnauwkeurigheid kan je zonder extra calibratiestap door toch ?

[Sissors]

Ah, 100GHz is langzaam op jouw vakgebied, en dan bedoel je zeker dat de frequentie van het licht dat gebruikt wordt een hogere frequentie heeft. Fascinerend, maar dat betekend niet dat een schakeling sneller werkt, enkel dat er een hogere carrier frequentie is. Wat relevanter is is de bandbreedte.

En met optische chips kunnen ze net aan een bundel sturen naar een bepaalde uitgang, en die bundel kan inderdaad een hoge datarate hebben, maar hoe vaak kan je de uitgang waar die bundel naartoe gaat wijzigen? En is hij scheet bestendig? (Als in, tot voor kort in iedergeval waren optische chips zo temperatuur afhankelijk dat ze weinig praktische dingen konden doen).

Zie het als professionele competitie, omdat ik in CMOS IC design zit, maar ik vind zulk soort opmerkingen vaak nogal irritant, net als bijvoorbeeld de hype rond grafeen. Beide zouden best toekomst kunnen hebben (al vind ik dat bij grafeen in iedergeval nogal twijfelachtig), maar ga dan niet net doen alsof optische chips zoveel sneller zijn dan de 'achterhaalde' elektronica. Als je dat wel serieus wilt beweren, kom dan maar met de snelheid van bijvoorbeeld een optische ALU.

Inderdaad daar kan je niet mee aankomen. Oftewel prima dat je zegt dat optische chips ontwikkeld worden, al kan je je afvragen of dat niet offtopic is. Maar ga dan niet misinformatie verspreiden over hoeveel sneller ze wel niet zouden zijn, als je gewoon appels met peren aan het vergelijken bent.

[Bonez0r]

Even een blik werpen op de gallery pagina van Shapeshifter leert dat hij/zij in opleiding is bij een universiteit. Die doen fundamenteel onderzoek. Bijkomende problemen oplossen is van later zorg. Praktische toepassingen zijn dus nog erg ver weg schat ik.

[Reactie gewijzigd door Bonez0r op 23 juli 2024 21:24]

[Sissors]

Het probleem is niet enkel de praktische toepassingen, maar ook dat zijn vergelijking nergens op slaat. Zijn bewering is net zo correct als wanneer iemand die in een gloeilampen fabriek werkt zegt dat 100GHz niks is voor hun, klopt, het spectrum van een gloeilamp gaat heel veel verder. Maar dat betekend uiteraard niet dat gloeilampen een vervanging zijn voor elektronica.

[swallav]

Het is niet helemaal waar je zegt over chips bakken met elektronen. Ondanks dat ze langszamer zijn, zijn ze wel een heel stuk kleiner. Als ik me niet vergis passen er ruim 10 lithografiemachines van Mapper in een van ASML. Bovendien zijn ze ook een heel stuk goedkoper. Hierdoor worden ze toch redelijk rendabel voor massa productie.
Een ander groot voordeel van deze lithografiemachines is dat ze geen duur masker nodig hebben. Je kan gelijk beginnen met het etsen van je wafer. Dit zorgt er voor dat je goedkoper en sneller prototypes kan gaan testen.

[Nas T]

100GHz is tamelijk langzaam in mijn vakgebied...

Maar kun je er praktisch wat mee?
Dat is dezelfde vergelijking die je maakt om een auto met een raket te vergelijken.
Een raket kan misschien ook 25x zo hard, maar is het dan beter dan een auto?

De natuurkundewetten kunnen nog vast wel wat opgerekt worden door andere elementen te gebruiken met een kleinere atoomstraal/grootte. Dan wordt het weer tijd voor iets radicaal anders (op basis van elektronen?)

[Shapeshifter]

Jazeker, wij hebben bijvoorbeeld op de campus al 1000 mbit/s verbindingen, meer snelheid meer beter. De vergelijking die jij maakt lijkt belachelijk, maar stel nou dat je die raket op een veilige manier kon gebruiken en het tegelijkertijd veel minder energie kost (optica is veel energiezuiniger dan electronica), dan ga je toch met je raket? Denk aan de hoeveelheid reistijd die je bespaart...

Natuurkundewetten kunnen niet opgerekt worden, tenzij er nieuwe ontdekt worden. Je kunt wel intelligente dingen verzinnen, maar een fysieke limiet is nou eenmaal fysieke limiet. We zijn al bezig met iets radicaal anders, namelijk computers die werken met fotonen (optica dus). Je kunt je voorstellen wat we daarmee kunnen winnen als je realiseert hoeveel sneller glasvezel is (en gaat worden) dan wat we daarvoor gebruikte...

[Reactie gewijzigd door Shapeshifter op 23 juli 2024 21:24]

[Anoniem: 435389]

1000 mbit/s op de campus is natuurlijk erg snel, maar wel slechts 1GHz en zelfs dat alleen wanneer het over een enkel aderpaar gaat. Wat is er dan 100GHz? Daarmee zou je naar 100Gbps links over een enkele single-mode fiber kunnen gaan. 1 Tb/s kan al http://www.opticsinfobase.org/abstract.cfm?URI=oe-17-11-9421 en 1 THz wordt ook al her en der onderzocht. Toch zie ik een processor met miljarden transistoren niet snel op 100GHz werken... daar zeg ik echter meteen bij succes met de research en ik hoop dat je me ongelijk weet te bewijzen binnen enkele decennia

[Reactie gewijzigd door Anoniem: 435389 op 23 juli 2024 21:24]

[Witchie NL]

Warom kan een processor met miljarden transistors (wie zegt dat er dan zoveel nodig zijn) niet op 100Ghz werken?
De snelheid is tog nagenoeg oneindig zolang je geen warmte ontwikkeling hebt?
Iig, dat is wat ik altijd dacht.

[Sissors]

Hij zegt niet dat het niet kan, enkel dat het voorlopig nog totaal onrealistisch is. En dus dat de 100GHz bewering van Shapeshifter appels met peren vergelijken is, en dus niet relevant.

Een processor met miljarden transistoren op 100GHz laten werken is dus voorlopig compleet onrealistisch. Je kan inderdaad er minder gebruiken, als je een hele simpele maakt met een enorme hoeveelheid pipelining (zie Pentium 4 voor de pipelining effecten, ze worden er niet sneller van in de praktijk), kan je misschien 20GHz halen op het moment. Resultaat is wel dat je vooral warmte maakt, en hij niet daadwerkelijk snel is. Zoals sinds de P4 wel is gebleken kan je prima een snelle processor maken zonder maar meer GHz'en erbij te moeten halen.

Over je tweede punt, tijdens het schakelen van een transistor gedraagt hij zich als stroombron/weerstand, en hij moet de capaciteit van de volgende transistor (en sommige van zijn eigen capaciteiten) opladen. Dat kost een bepaalde hoeveelheid tijd. Als je geen warmteontwikkeling hebt dan heb je dit effect niet, maar je zal dit effect altijd hebben. Zelfs als je je processor heel erg ver koelt.

Door de spanning hoger te maken kan je ook meer snelheid krijgen, maar zelfs als je koeling voldoende is, uiteindelijk gaan de transistoren simpelweg kapot door de spanning.

[straider]

Als je geschikte materialen kan vinden kan je een processor uiteraard op extreem hoge frequenties laten draaien. Echter zit je bij de huidige processors vast aan de carrier snelheid van elektronen in de silicium transistors. Onder andere daarom is grafeen ook zo'n hot item binnen de vastestoffysica, daarmee kan je wél zulke snelheden bereiken.

Dit is dan ook een mogelijke stap na silicium, waarmee je wellicht de lithografietechnieken van dit nieuwsbericht ook in kan toepassen.

[Reactie gewijzigd door straider op 23 juli 2024 21:24]

[Sissors]

Sterker nog, 1000mbit/s is enkel max 500MHz bandbreedte (snelste wat je kan doen is dan elke nanoseconde tussen hoog en laag wisselen, oftewel 2ns periode = 500MHz).

[Origin64]

meer snelheid meer beter

+1 internets voor jou

[lars_jj]

Gezien een atoom, in de regel, rond de 0,1 a 0,5 nm ligt, mag een transistor straks niet veel groter zijn dan een paar atomen. Maar is dit niet sowieso de kant die we opgaan om bij Quantum computing uitkomen?

[Shapeshifter]

Kwantumcomputers zijn fundamenteel anders dan de computers die we nu gebruiken. Je kunt inderdaad atomen als qubits gebruiken, maar ook elektronen, moleculen en andere deeltjes. Het is echter niet per definitie zo dat kwantumcomputers supersnel zijn, ze zijn erg goed in het uitvoeren van parallele taken (zoals het kraken van beveiliging, analyseren van veel data enz.), niet de dingen die de gemiddelde gebruiker doorgaans doet.

[PaulLangemeijer]

"ze zijn erg goed in het uitvoeren van parallele taken (zoals het kraken van beveiliging, analyseren van veel data enz.), "

en dat moet nog maar bewezen worden

[CDL76]

De elemeten zijn nog een stuk kleiner dan die 10nm de straal van een element ligt meer in de orde grote van de 1-2 angstrom (element afhankelijk) 1 angstrom is 0,1nm dus wat dat betreft kan het nog wel even, probleem is natuurlijk dat als je te klein gaat dingen zich niet meer als het bulk materiaal gaat gedragen, maar allemaal speciale eigenschappen krijgen doordat quantum effecten een rol gaan spelen omdat alles zo klein wordt.

[verleemen]

Had ik een paar jaar geleden niet al hier gelezen dat die quantumtunneling niet al bij 36 nm een probleem zou worden?

[Origin64]

Er zijn natuurlijk altijd mensen die beren op de weg zien.
Ik geloof pas dat het niet kan als het uitvoerig geprobeerd is.

[lezzmeister]

Zou heel goed kunnen.
Ik kan me nog herinneren dat kleiner dan 90nm wel eens een probleem zou kunnen worden, want dan zitten we tegen een of andere limiet aan.
En 3 jaar later zagen we 90nm aan de horizon.

Dan word 25nm en kleiner een probleem vanwege lekstromen. Prima, dan doen we toch gewoon 3D transistors? En zie, 22nm cpu's.

Nu is 10 nm een probleem, want quantumtunneling en gates te klein en bla bla.
Nu hebben we al een e-beam proces en over 2 à 3 jaar, 10nm transistors.

Er zijn bij verkleining allerlei problemen, en die worden dan opgelost. Kijk, een atoom is iets van 0,3nm(die buurt ?) en verder verkleinen dan één atoom breed/hoog dat zal best een probleem worden.

[bstard]

30-300 pico meter is idd de orde van grootte, maar dit is geen vaste afmeting. Het is een hoge waarschijnlijkheid dat je de electronen daarbinnen aantreft.

[likewise]

Wat voor bandbreedtes praat je over, in je laatste zin?

Iets wat met PCI Express lukt?

[Anoniem: 428538]

Ach ja, zelfs als je al die snelheid ten volle kan benutten heb je er niet veel aan als je het niet kan verwerken. Als je straks 100 e-books per minute ontvangt, hoe verwerk je dat zelf dan?
Het Amerikaanse leger probeert allang ons geheugen te koppelen aan computergeheugen en nu schijnen ze daar ook beter in te worden. Is dit allemaal vooruitgang? Ik kan jou dan programmeren met allemaal beelden die ik zelf heb gemaakt en die jij afschuwelijk vind en je pakt bijna automatisch je wapen op en schreeuwt ' Waar zijn ze?'
Vroeger vonden we de Star Trek communicater een geweldig iets en nu is het niets in vergelijking met de nieuwste quad core smartphones. Ik denk dat we inderdaad nog met weemoed gaan terugdenken aan de tijd zonder de Borgs als we overbodig worden. En als ik lees over 10nm chips, zijn de octa cores voor in de smartphone of quad cores voor in je oorlelletje ook niet ver weg. Als ze maar van mijn flaporen afblijven en ik wil ook niet chipgestuurd automatisch op die vlieg op de wc's pissen. Ik vind dat spetteren gewoon leuk.