Cookies op Tweakers

Tweakers is onderdeel van DPG Media en maakt gebruik van cookies, JavaScript en vergelijkbare technologie om je onder andere een optimale gebruikerservaring te bieden. Ook kan Tweakers hierdoor het gedrag van bezoekers vastleggen en analyseren. Door gebruik te maken van deze website, of door op 'Cookies accepteren' te klikken, geef je toestemming voor het gebruik van cookies. Wil je meer informatie over cookies en hoe ze worden gebruikt? Bekijk dan ons cookiebeleid.

Meer informatie

Door Willem de Moor

Redacteur componenten

Extreem-ultravioletlithografie

Zin en onzin van euv-chipproductie

De oplossing voor alles?

De oudste nieuwsberichten die op Tweakers over lithografie met extreem ultraviolet licht te vinden zijn, stammen uit januari 2000. Volgens een bijzonder optimistisch bericht zouden processors, mede dankzij euv-lithografie, rond 2008 een kloksnelheid van maar liefst 20GHz kunnen halen. Een jaar later linkten we naar een interview met de baas van het in 1997 opgerichte EUV LLC Consortium, waarin een iets minder exotische kloksnelheid van 10GHz werd genoemd.

Wie het nieuws rond chipfabricage in de tussenliggende decennia een beetje heeft gevolgd, weet dat het introductiemoment van euv steeds verder opschoof. Inmiddels zijn we echter zover dat de eerste chips die met behulp van euv zijn gemaakt, geleverd kunnen worden. Een mooie aanleiding om te duiken in deze wereld van licht dat bijna alles op zijn weg kapotmaakt; wat maakt euv zo aantrekkelijk en waarom duurt het zo lang voordat het eindelijk in chipproductie wordt gebruikt?

Om dat beter te begrijpen, nemen we eerst de geschiedenis van lithografie onder de loep, waarbij we de belangrijkste termen en technieken uit de tot dusver gebruikelijke deep-ultravioletlithografie, ook bekend als ArFi- of 193i-lithografie, uitlichten en zien waarin euv-lithografie verschilt. Daarna kijken we naar de obstakels om euv breed inzetbaar te maken en waarom we dat eigenlijk nog moeten willen.

Het principe achter fotolithografie

Voordat we in de wereld van euv duiken, bekijken we de principes van lithografie en een stukje geschiedenis ervan. Laten we met een paar principes beginnen, zoals: wat is lithografie eigenlijk en wat zijn de beperkingen?

Om een processor of een andere chip met geheugencellen of logica te maken, is een ontwerp nodig. Een vereenvoudigde manier om ernaar te kijken is je een printplaat voorstellen die verkleind is en op een stukje silicium is geplaatst. In plaats van losse componenten als transistors en condensators op een printplaat, worden die componenten in het silicium gebakken. Eerst worden laagjes die de daadwerkelijke componenten vormen, aangebracht. Daarbovenop worden de laagjes voor de elektrische verbindingen gemaakt. Elk laagje vergt een fotomasker, dat de ontwerpen bevat die op de wafer worden geprojecteerd.

Het silicium waarop elk laagje wordt aangebracht, is de wafer. Elke afzonderlijke chip die zo wordt geproduceerd, is een die. Op de wafer wordt een laagje te bewerken materiaal aangebracht, daaroverheen wordt een fotoresist of lichtgevoelig laagje aangebracht en door dat laagje selectief te belichten wordt het uitgehard en wordt het onderliggende materiaal beschermd. Om de fotoresist te belichten, wordt licht door een masker geschenen. Zo'n masker is een uitvergrote versie van de patronen die op de wafer moeten komen. Waar het licht wordt geblokkeerd, blijft het lichtgevoelige laagje zacht, en waar het licht wel kan schijnen, hardt het uit.

Het lichtgevoelige laagje wordt weggewassen en het te bewerken materiaal wordt chemisch weggeëtst. Vervolgens kan een laagje ander materiaal worden aangebracht en kan dat weer worden bewerkt. In het kort wordt een chip op die manier gemaakt: materiaal aanbrengen, fotoresist aanbrengen en belichten, etsen en door naar de volgende laag. Een chip bestaat uit heel veel van dat soort laagjes; de transistors worden in diverse stappen gemaakt en de metaallagen die alles verbinden, bestaan uit van onder naar boven steeds grotere structuren.

Een moderne processor heeft meer dan tien metaallagen en vergt in totaal ergens tussen de twintig en dertig maskers. Het aantal stappen is uiteraard nog veel groter, want voor elk masker zijn verschillende afzonderlijke behandelingen nodig. Een beetje moderne chip wordt uit in totaal zo'n tachtig tot honderd laagjes opgebouwd.

Rayleigh-vergelijking lithografieNu is de resolutie die je met een belichtingsstap kunt halen, afhankelijk van de golflengte van het licht. Infrarood licht heeft een lange golflengte en zou alleen geschikt zijn om heel grove structuren te maken, terwijl blauwer licht een kortere golflengte heeft en kleinere structuren mogelijk maakt. Volgens een bepaalde formule, een afgeleide van de diffractielimiet volgens het Rayleigh-criterium, kun je berekenen wat de kleinst mogelijke structuren zijn die je op een wafer kunt krijgen. Die kleinste dimensie, of critical dimension, bereken je door de golflengte van het gebruikte licht te delen door de numerieke apertuur van de gebruikte lenzen. Een vermenigvuldigingsfactor, de zogenoemde k1-factor, is nog nodig om de uiteindelijke cd te berekenen. Die k1-factor is afhankelijk van diverse factoren van het complete procedé, zoals de gebruikte fotoresist, de kwaliteit van de lenzen en optische trucs om de resolutie te verhogen. Als alle andere factoren dus gelijk blijven, zorgt licht van een kleinere golflengte direct voor kleinere structuren op de chips.

De weg naar euv: van kwiklamp tot laser

Vroeger, toen de processors nog niet bizar complex waren, konden de afzonderlijke onderdelen nog redelijk groot zijn. Een processor uit de jaren zeventig, bijvoorbeeld de 8080 van Intel, werd op 6 micrometer gemaakt; dat is 6000 nanometer. Die processor telde 6000 transistors op een oppervlakte van ongeveer 20mm² en had slechts een enkele metaallaag om alle transistors te verbinden.

Voor de relatief grote structuren op die oude chips was licht met een golflengte van honderden nanometers nog voldoende. Als lichtbron werd in die tijd een gasontladingslamp met kwik gebruikt; die leverde licht met drie piekgolflengtes van 496nm, 405nm en 365nm op. Eerst werd een masker vlak boven de wafer geplaatst en de complete wafer werd in één keer belicht via een proces dat proximity printing werd genoemd. Tegen 1974 verving zogeheten 1X-printing het oude systeem. Het masker werd verder van de wafer gepositioneerd en beschermd door pellicles, of beschermingsfolie. Een focusinglens tussen masker en wafer zorgde weer voor een scherp beeld van de projectie op de wafer. Naarmate de chipindustrie groeide, was dat niet langer toereikend. De golflengte moest kleiner, zodat kleinere structuren konden worden gemaakt, en de lichtopbrengst van die lampen moest omhoog, zodat per uur meer wafers konden worden belicht.

Een antwoord kwam in de vorm van lasers, die sinds 1982 worden gebruikt. Zoals waarschijnlijk bekend hebben lasers licht van een vaste golflengte, anders dan het spectrum van de kwikdamplampen. Daardoor hoefde minder aan het licht gesleuteld te worden. Bovendien kan een laser een zeer hoge lichtintensiteit leveren. De eerste lasers die hiervoor werden ingezet, waren KrF-lasers, met licht dat door krypton en fluor werd opgewekt. Dat leverde licht van 248nm op, waardoor de kritieke dimensies tijdens belichting kleiner konden worden. Dergelijke lasers worden overigens nog altijd gebruikt: onderstaande machine is voor 200mm-wafers in combinatie met KrF-lasers bedoeld en werd door Canon in 2017 uitgebracht.

Een jaar of twintig later, in 2002, werd de overstap naar licht met een golflengte van 193nm gemaakt, dankzij ArF-lasers. Het licht van deze argon-fluorlasers is al diep ultraviolet en niet meer zichtbaar. Toch bleek ook 193nm al snel niet klein genoeg om steeds kleinere transistors te maken en kwam men op het briljante idee om de boel onder water te zetten. Water heeft immers een andere brekingsindex dan lucht en door licht door water te laten schijnen kon de numerieke apertuur uit de Rayleigh-formule aanzienlijk groeien.

Die 193i- of ArFi-lithografie, kort voor 193nm danwel argon-fluor immersion lithography, heeft het tot dusver volgehouden. De huidige kritieke dimensies bedragen ongeveer 38nm, dankzij een k1-factor van 0,27 en een NA van 1,55. Dat betekent dat de kleinste afstand tussen bijvoorbeeld twee lijntjes die met succes op de wafer kunnen worden geprojecteerd, 76nm bedraagt. De daadwerkelijke kleinste afmetingen zijn kleiner, zoals we zo direct zullen zien. Veel kleiner kan die k1 overigens niet worden: een k1-factor van 0,25 is de absolute limiet.

Trucjes om kleinere structuren te maken

Rayleigh-vergelijking lithografieWe hadden net al gezien dat de hafgeleiderindustrie allerlei manieren verzint om kleinere chips te produceren. Zo is de golflengte van het voor de belichting gebruikte licht gereduceerd van 465nm tot 193nm. De andere twee factoren in de Rayleigh-vergelijking, de numerieke apertuur en de k-factor, moeten respectievelijk groter en kleiner worden om kleinere structuren te maken.

Voor 193i-lithografie is de numerieke apertuur flink toegenomen. In de jaren tachtig werd nog met een NA van 0,4 gewerkt en medio 2000 was dit toegenomen tot 0,93 bij de XT:1400 van ASML. Dat was nog droge lithografie, maar inmiddels is de NA dankzij het gebruik van vloeistoffen gestegen tot 1,35 voor de nieuwste NXT:2000i.

De k1-factor is een lastige eenheid, aangezien het hele procedé deze factor beïnvloedt, van lenzen tot maskers en gebruikte fotoresist. Ook aan deze factor wordt gesleuteld, onder meer dankzij overstappen naar nieuwe productiemethodes. Dat gaat overigens, zoals je in onderstaande tabel kunt zien, vaak in eerste instantie gepaard met een toename van de k1-factor, met een daarop volgende daling. In recentere tijden is de k1-factor gereduceerd door bijvoorbeeld computational lithography, waarbij de structuren op het masker niet een-op-een overeenkomen met de gewenste structuur op de wafer, maar door een computer worden berekend. Zo kan rekening worden gehouden met allerlei factoren, zoals verstrooiing van het licht in de fotoresist op de wafer, waardoor toch de juiste structuren kunnen worden geëtst.

Node (half pitch) Techniek Golflengte NA k1 Source
400nm 365 Dry 365nm 0,60 0,66 Kwiklamp
300nm 365 Dry 365nm 0,65 0,53 Kwiklamp
250nm 248 Dry 248nm 0,63 0,64 KrF-laser
180nm 248 Dry 248nm 0,80 0,58 KrF-laser
130nm 248 Dry 248nm 0,80 0,42 KrF-laser
90nm 248 Dry 248nm 0,93 0,34 KrF-laser
90nm 193 Dry 193nm 0,75 0,35 ArF-laser
65nm 193 Dry 193nm 0,93 0,31 ArF-laser
65nm 193 H2O SP 193nm 0,93 0,31 ArF-laser
45nm 193 H2O SP 193nm 1,20 0,34 ArF-laser
38nm 193 H2O SP 193nm 1,35 0,31 ArF-laser
32nm 193 H2O DP 193nm 1,35 0,22 ArF-laser
32nm Euv 13,5nm 0,25 0,59 Euv lpp
22nm Euv 13,5nm 0,32 0,52 Euv lpp

Een ander trucje, dat overigens nogal prijzig is, is het gebruik van verschillende maskers. Stel, je wilt lijnen etsen die 50nm uit elkaar liggen, dan zou je twee maskers met lijnen die 100nm uit elkaar liggen kunnen gebruiken, met het tweede masker 50nm verplaatst ten opzichte van het eerste. Dit proces wordt lele, of lithography-etch-lithography-etch genoemd. Zo'n double patterning-stap is vrij duur, omdat je twee keer je wafer moet belichten, met dure maskers. Het levert wel kleinere features op dan je met een enkele belichting zou bereiken.

Of toch niet, want er is een alternatief dat sadp heet. Met die self-aligned double patterning-techniek maak je met één belichting toch het dubbele aantal structuren met twee keer de resolutie. Met sadp maak je met een enkele lithografische stap een structuur die als mal dient voor een vulmateriaal, waarna de mal wordt gevuld met spacermateriaal en vervolgens wordt verwijderd. Het spacermateriaal blijft over en is nu de mal voor de uiteindelijke structuur die na een ets-stap moet overblijven. Zoals je ziet, heeft dat wel een nadeel; je moet veel meer stappen doorlopen om de gewenste structuur te krijgen, wat tijd en kosten betekent. Het voordeel is dat je maar één masker nodig hebt, maar daar staat weer tegenover dat je bepaalde restricties hebt aan wat je kunt maken. Bepaalde complexe structuren kun je namelijk niet maken met deze techniek, daar heb je toch weer lele voor nodig.

De laatste stap: een kleinere golflengte

We zijn eindelijk bij euv aangekomen, want als we niet meer aan de k1-factor of de NA kunnen draaien, moet net als met de stap van kwik naar KrF-lasers aan de golflengte worden gedraaid. En de volgende logische stap van diep ultraviolet licht is extreem ultraviolet licht, ofwel euv. Strikt genomen is dat niet helemaal waar, want er is een tijdje gekeken of 157nm-lithografie met F2-lasers mogelijk was, maar die techniek heeft het onderzoeksstadium nooit verlaten.

Een flink grotere stap dan van licht met een golflengte van 193nm naar 157nm is die van 193nm naar 13,5nm. Dat is precies wat de stap naar euv-lithografie is, wat een verbetering van veertien keer zou betekenen. Waar de grens van 193i- of duv-lithografie nu ongeveer 38nm is, zou dat voor euv dus minder dan 3nm worden. Zo rooskleurig is het echter niet, want de belangrijkste andere factoren, de k1-factor en numerieke apertuur, zijn groter en kleiner voor euv.

De euv-scanners in de NXE:3400-serie die ASML momenteel levert, hebben een numerieke apertuur van 0,33. Dat is nogal een verschil met de 1,35NA van duv. De k1-factor van de euv-scanners bedraagt ongeveer 0,32, wat vergeleken met duv een veel kleiner verschil is. Als we die cijfers in de Rayleigh-vergelijking invullen, komen we op een minimale featuresize van ongeveer 13nm voor de huidige euv-apparaten. Die NXE:3400-machines zijn overigens de enige die momenteel worden gebruikt in de halfgeleiderindustrie; er zijn geen andere leveranciers. Over enkele jaren moet een nieuwe generatie scanners met een NA van 0,55 verschijnen. Die worden echter pas voor tests rond 2021 verwacht, met productierijpheid in 2024. Die EXE:5000-machines zouden met dezelfde k1-factor een resolutie van 8nm opleveren.

Met de stap naar euv moeten nog kleinere transistors, nog complexere en nog zuinigere chips mogelijk zijn. Chipfabrikanten als TSMC en Samsung zijn op hun 7nm-nodes begonnen met euv-productie. Dat zijn vooralsnog maar een paar kritieke lagen die met euv worden gemaakt. Van de pakweg tachtig tot honderd lagen die op deze node nodig zijn, worden minder dan tien lagen met euv geproduceerd. De rest wordt met conventionele duv-lithografie gemaakt, al dan niet met multipatterningstappen. Ook bij de volgende node, 5nm, zullen lang niet alle lagen met euv worden gemaakt; naar verwachting zouden dat er ongeveer twintig worden.

Zo kunnen fabrikanten een optimale balans zoeken tussen hoge resolutie en de kosten in de hand houden. Waar mogelijk kunnen de minder kritische laagjes met goedkopere duv-techniek worden gemaakt. Maar als double, triple of quadruple patterning wordt gebruikt, zou euv met een enkele stap uitkomst bieden.

Dan rest nog de vraag: waarom is euv-productie zo lastig? Wat is de reden dat de ontwikkeling ervan al ongeveer twee decennia duurt en het nog steeds maar ternauwernood geschikt is voor massaproductie?

Hoe werkt euv?

Euv in vacuum

Euv-licht wordt door vrijwel alle materialen, inclusief de atmosfeer of de lucht, geabsorbeerd. Daarom moet alle euv-apparatuur in een vacuum gebruikt worden. Ook lenzen absorberen euv-licht en daarom worden speciale spiegels gebruikt om licht te richten en focussen.

De introductie van euv-lithografie is, zoals we al schreven, nogal naar achteren verschoven. Wat dat betreft doet het een beetje denken aan de overstap van 300mm- naar 450mm-wafers. Toch zijn we inmiddels aangeland bij het zogeheten insertion point voor euv. Omdat de foundries nogal creatief zijn met hun node-naamgevingen, ligt dat punt niet voor elke fabrikant op dezelfde node, maar 7nm is het geaccepteerde euv-insertion point. Dat het zo lang geduurd heeft, ligt uiteraard aan kosten en moeite. Aan de ene kant konden fabs tot dusver de 193i-techniek rekken en zo bestaande apparatuur blijven gebruiken zonder al te grote extra investeringen, en aan de andere kant is de apparatuur voor euv-lithografie enorm duur. Waarom? Omdat die zo ingewikkeld is.

Dat begint bij de lichtbron, de source. Bij de huidige generatie ArF-lithografie is dat een excimer-laser die een bak licht genereert en na een beetje filteren en richten de stepper ingaat. Bij euv is dat veel complexer. Allereerst is een CO₂ -laser van dik 20kW nodig, die zo groot is dat hij niet op de vloer van de fab kan staan, maar onder de vloer van de cleanroom wordt ingebouwd. Ter illustratie: een GT65A ArF-laserbron is ongeveer drie meter lang, twee meter hoog en een meter diep. De CO₂-laser voor euv, die uit vier amplifiers en een feed module bestaat, is ongeveer twaalf meter lang en zes meter breed.

Met een enorm krachtige laserbron ben je er nog niet, want het coherente 193nm-licht van de ArF-laser wordt direct gebruikt om de wafers te belichten. Van de ongeveer 60-120W die beschikbaar is, blijft na de lenzen nog maar een klein deel energie over. Bij euv is dat veel extremer. Ten eerste wordt het CO₂-licht niet direct gebruikt, maar dient het alleen om euv-licht van 13,5nm golflengte te produceren. Dat gebeurt in het vacuum vessel, waarin een hoog vacuüm heerst en gesmolten druppels tin met de laser worden beschoten. Eigenlijk wordt zo'n tindruppel twee keer beschoten: één keer om de 25-microliterdruppels te vervormen totdat ze plat zijn, en een tweede keer om ze te verdampen en een plasma te maken. Dat plasma straalt euv-licht uit en het hele proces wordt 50.000 keer per seconde herhaald. Zo'n vessel weegt ongeveer 7500kg en genereert zo'n anderhalve terabyte data per dag. Die data is onder meer afkomstig van de camera's die de laserpulsen afstemmen op de positie van de druppels tin: de timing moet exact zijn en dat vraagt extreem hoge precisie.

Het doel is om op deze manier ongeveer 250W euv-licht op te wekken: veel meer dan de pakweg 90W die voor ArFi volstaat. Dat komt doordat vrijwel alles, inclusief lucht, euv-licht absorbeert. Spiegels, tenminste conventionele, werken evenmin, en ook lenzen zijn niet te gebruiken doordat die het euv-licht eveneens absorberen. De oplossing is het gebruik van complexe spiegels, of reflectors, die uit meer dan vijftig afwisselende laagjes silicium en molybdeen bestaan. Zo'n spiegel wordt een Bragg-reflector genoemd. De parabolische collector in het vacuum vessel, waarin het euv-licht wordt geproduceerd, is ook van dat materiaal gemaakt. Ook daar zit weer een technisch probleem, want die collector wordt door alle tinexplosies vuil. Tindeeltjes en heet plasma beschadigen die collector, waardoor de levensduur maar een maand of drie is. Om de collector zo veel mogelijk te beschermen, wordt een stikstofgordijn geproduceerd dat tindruppels tegenhoudt.

Eenmaal door de collector verzameld begint de euv-bundel aan zijn optische weg. Voordat het masker wordt bereikt, passeert het licht vier 'spiegels' en na het masker, dat eigenlijk ook een Bragg-reflector is, volgen nog eens zes spiegels om het licht correct op de wafer te richten. Dat zijn in totaal, inclusief de collector in het vacuum vessel, twaalf spiegels. Geen probleem zou je zeggen, maar elke Bragg-reflector is maar ongeveer zeventig procent reflectief voor euv. Dat betekent dat er van het opgewekte licht maar een tot twee procent overblijft om de wafer te belichten. Dat is direct de reden waarom je steeds las over meer lichtopbrengst en waarom die 250W zo belangrijk is voor voldoende waferdoorvoer; voor high volume manufacturing of hvm is een throughput van minstens honderd wafers per uur nodig. Van dat licht blijft namelijk nog maar een paar watt over om de wafer te belichten. Die paar watt heb je hard nodig om het fotoresist te belichten met voldoende energie: dat kost tijd en hoe meer energie de bron levert, hoe meer wafers per uur te belichten zijn.

Euv in de praktijk

Inmiddels heeft de halfgeleiderindustrie dus het punt bereikt dat euv-lithografie mogelijk is, met een euv-lichtbron die voldoende opbrengst heeft om wafers te belichten. De moeilijkheden met euv-lithografie zijn nog niet op, want voordat je een wafer kunt belichten, moet je eerst een masker ontwikkelen en dat beschermen.

Bij ArFi-lithografie is een masker een zuivere plaat kwartsglas met daarop een ondoorzichtige laag chroomverbinding dat de geprojecteerde structuren vormt. Een defect kan binnen bepaalde grenzen worden gerepareerd als dat bij inspectie wordt geconstateerd. Bij euv-fotomaskers is de inspectie lastiger. Eventuele reparaties zijn eveneens lastig en soms zelfs onmogelijk uit te voeren. Een voorbeeld bestaat uit defecten die in de Bragg-reflector zitten. Die kunnen door verscheidene lagen Mo/Si propageren, waardoor reparatie onmogelijk is. Sommige defecten zijn bovendien bij inspectie niet zichtbaar, waardoor sommige fabrikanten eerst een testwafer produceren om verborgen defecten op te sporen. Dat brengt uiteraard weer extra tijd en kosten met zich mee en maakt euv nog een stukje duurder.

Als je dan een masker hebt dat helemaal goed werkt, wil je dat natuurlijk ook zo houden. Bij duv-lithografie wordt dat gerealiseerd met een zogeheten pellicle, een soort membraan dat het masker afschermt tegen vervuiling en beschadiging van buitenaf. Voor euv-maskers worden ook pellicles gemaakt, maar die moeten weer aan allerlei lastige eisen voldoen. Zo zou een normale pellicle het euv-licht absorberen en stukgaan door de warmteontwikkeling. Speciale pellicles die tegen extreme temperatuurwisselingen kunnen, tot ruim boven duizend graden, zijn nodig. Momenteel worden pellicles ontwikkeld van minder dan zestig micrometer dik gelaagd polysilicon, maar vooralsnog wordt daarmee een euv-doorlaatbaarheid van 84 procent gehaald. Voor voldoende lichtopbrengst is 88 of 90 procent gewenst. Het licht moet immers twee keer door de pellicle, omdat het masker een spiegel is.

Sommige fabrikanten werken, in ieder geval voor sommige lagen in het productieproces, zonder pellicle, maar dat kan enkel voor niet-kritische lagen zoals contacten of via's. Inspectie van het resultaat is dan weer nodig, wat weer extra tijd en kosten met zich meebrengt.

De laatste stap van het euv-licht naar de wafer is de fotoresist, het materiaal dat onder invloed van euv-licht uithardt en het onderliggende materiaal beschermt tijdens een ets-stap. Omdat euv-licht in het hele traject veel intensiteit of energie verliest, is het wenselijk dat een resist wordt gebruikt die gevoelig is voor euv bij lage intensiteit, of dosis. Dat wordt gemeten in mJ/cm² en in de praktijk ligt de gevoeligheid tussen de 20 en 100mJ/cm². Om de fotoresist uit te harden, is een balans tussen die gevoeligheid en definitie gewenst. Te weinig licht en er vallen te weinig fotonen op de resist, wat tot ruwe randjes leidt. Te veel en interne reflecties van het licht leiden opnieuw tot ongewenste uitharding en bovendien verlaagt dat de doorvoersnelheid van de wafers. Desalniettemin zijn zogeheten car-fotoresists ontwikkeld die bruikbaar zijn voor euv-lithografie op 7nm en 5nm; voor 3nm moet nog verder worden ontwikkeld.

Euv-obstakels

Het moge inmiddels duidelijk zijn dat euv-lithografie een technologisch hoogstandje is en de weg ernaartoe allesbehalve zonder hobbels is geweest. De moeilijkheden en technische uitdagingen die moesten worden overwonnen, zijn legio, en zelfs nu euv zijn intrede doet in de massaproductie van chips, zijn nog niet alle moeilijkheden opgelost.

Het begint al bij het opwekken van het licht voor euv. De lasers die ervoor nodig zijn, moesten worden ontwikkeld. Om de ontwikkeling daarvan te versnellen, nam ASML zelfs een grote producent van lithografielasers, Cymer, over in 2012. Samen werkten ze verder aan de ontwikkeling van de euv-bron, met behulp van lasers die door producent Trumpf worden geleverd.

Het beschieten van gesmolten tin, met een frequentie van 50.000 keer per seconde, bleek ook geen sinecure en de euv-bron was dan ook lange tijd niet in staat de benodigde vermogens te leveren om een voldoende hoge waferthroughput mogelijk te maken. Inmiddels kan zo'n 250W aan euv-licht in het vacuum vessel worden opgewekt, genoeg voor een doorvoersnelheid van ongeveer 150 of meer wafers per uur. Met euv-machines als de Twinscan NXE:3100 uit 2010 konden minder dan 60 wafers per uur passeren en met de NXE:3300B waren dat er ongeveer 70. Met de machine die nu wordt geleverd, de NXE:3400B, is een doorvoer van ongeveer 125 wafers per uur mogelijk. Met de nieuwste NXE:3400C moet dat tot 170 wafers worden verhoogd.

De spiegels, inclusief de collector in het vacuum vessel, waren nog zo'n groot obstakel. Omdat euv zo'n kleine golflengte heeft, moeten de spiegels extreem vlak zijn. Samen met Zeiss is daaraan gewerkt, zodat de huidige spiegels een afwijking van minder dan 1nm vertonen. Of, zoals beide bedrijven dat illustreren, als de spiegel zo groot was als Duitsland, is het maximale hoogteverschil maar één millimeter. Voordat dat soort spiegels, die weer uit tientallen laagjes zijn opgebouwd, zonder defecten konden worden gemaakt, moest veel onderzoek worden gedaan.

Een puntje dat nog altijd niet helemaal is opgelost, is de pellicle. Dat beschermlaagje is nogal moeilijk te maken, omdat het veel euv-licht moet doorlaten en tegelijk tegen grote temperatuurverschillen moet kunnen. De huidige pellicles zijn met hun doorlaatbaarheid nog niet waar ze zijn moeten en verlagen dan ook de doorvoersnelheid van wafers.

De maskers zijn redelijk op orde, maar het detecteren en vooral repareren van defecten is nog altijd erg lastig. Vooral als er een defect in een van de dieper gelegen lagen van de Bragg-reflector zit, is reparatie zo goed als onmogelijk. Met elektronenbundels zijn afwijkingen in de absorberende lagen wel redelijk te repareren.

De fotoresist ten slotte is ook aardig op orde. De gevoeligheid bij de dosering van euv-licht ligt op schema en ook de scherpte van de lijntjes die uitgeharde fotoresist mogelijk maakt, is acceptabel.

De stap naar een hogere numerieke apertuur, zogeheten high-NA-machines, is nog niet helemaal gezet en deze machines moeten rond 2024 in productie gaan. ASML werkt uiteraard al wel aan de apparatuur daarvoor; de EXE:5000-serie moet de NA tot 0,55 verhogen en testexemplaren zouden rond 2021 aan het werk gaan. Voor high-NA-machines zou de lichtintensiteit van de bron omhoog moeten, tot ongeveer 500W. Vooralsnog ligt een roadmap klaar om de intensiteit tot 400W te verhogen, wat snellere belichting en meer waferdoorvoer inhoudt. Euv-steppers met een NA van 0,55 zouden optiek met een anamorfe vergroting krijgen. Daardoor is de reticle nog wel 132 bij 104 millimeter, maar het beeld wordt niet meer, zoals nu, in zowel de x- als y-richting met een factor vier verkleind. De y-richting wordt 8x verkleind, wat een belichtingsveld van 26 bij 16,5mm oplevert. De huidige chips worden geprint met afmetingen van maximaal 33 bij 26mm, twee keer zo groot dus. De oplossing voor deze halffieldbelichting is een zeer preciese overlay waardoor twee velden worden samengevoegd.

Tot slot

Euv heeft, letterlijk en figuurlijk, een lange weg afgelegd. Letterlijk als we naar het optische pad kijken; voordat een euv-foton een wafer belicht, heeft hij een complexe weg afgelegd met meer dan tien uiterst geavanceerde spiegels, een fotomasker dat met een bijna onmogelijk defectloos procedé moet worden gemaakt en een pellicle waaraan dermate hoge eisen worden gesteld dat het soms moet worden weggelaten.

En figuurlijk een lange weg, aangezien we al sinds het begin van dit millennium over euv-lithografie schrijven en de halfgeleiderindustrie er zelfs al jaren eerder plannen voor maakte. De introductie van euv in het chipfabricageproces is keer op keer uitgesteld, enerzijds vanwege de moeilijkheden die het opwekken en transporteren van het licht en alle bijbehorende infrastructuur met zich meebracht, en anderzijds omdat het werkpaard van de industrie, 193i-lithografie, of duv danwel ArFi als je dat prefereert, keer op keer toch voor steeds kleinere features kon worden ingezet.

Desondanks is het moment van euv-insertion aangebroken. Grootste chipproducent TSMC gaat voorop, maar ook bedrijven als Samsung en Intel zijn druk bezig met voorbereidingen voor productie met euv. TSMC heeft een N7+-node gereed, waarbij enkele kritieke lagen niet met 193i, maar met euv worden geproduceerd. In 2020 moet N6 volgen; dat is eigenlijk het euv-equivalent van de N7-node. In 2020 moet ook massaproductie van de N5-node beginnen. Waar bij de huidige euv-productie maar enkele lagen, naar schatting vijf tot tien van de tachtig tot honderd, met euv worden belicht, zou dat voor de N5-node worden uitgebreid tot ongeveer twintig lagen. Dat levert een hogere transistordichtheid op, en de keus tussen minder verbruik en hogere prestaties.

Intel is van plan op zijn 7nm-procedé met euv te starten. Dat zou volgens de huidige plannen in 2021 zijn. Eerst moeten nog een 10nm- en 10nm+-node gerealiseerd worden, waarvan de eerste producten, na jarenlang uitstel, inmiddels langzaamaan worden uitgerold.

Samsung ten slotte heeft een soc geproduceerd die deels met euv wordt gemaakt: de Exynos 9825, die in onder meer de Note 10+ zit. Daarmee zou Samsung de claim leggen op 's werelds eerste chip die met euv is gemaakt en die in een product zit dat in de schappen ligt. TSMC volgt tijdens de IFA in september met de Kirin 990-soc voor de Huawei Mate 30.

Met het gebruik van euv moet het gebruik van multipatterning met duv worden teruggedrongen. Dat scheelt in de kosten, maar ook in de productietijd. Een high-end chip vergt een tot drie maanden in een fab om alle laagjes en bewerkingen te voltooien. Bovendien kunnen chips meer transistors aan boord krijgen, die zuiniger zijn of meer prestaties met gelijkblijvend vermogen leveren.

Vooralsnog zal euv als leading-edgetechnologie erg duur zijn, maar de verwachting is dat naarmate de uitrol vordert, de kosten zullen dalen. Voor N7 en N5 is euv gereed, maar voor 3nm moet nog wel wat werk worden verricht. Hoe de toekomst van euv er na de 3nm-node gaat uitzien, is echter nog niet uitgekristalliseerd. Hoe het ook zij, euv zal bij de komende nodes een steeds grotere rol spelen in de productie van chips.

Wat vind je van dit artikel?

Geef je mening in het Geachte Redactie-forum.

Lees meer

TSMC wil in 2018 450mm-wafers produceren Nieuws van 6 september 2012

Reacties (89)

Wijzig sortering
Gaaf dit :) Eigenlijk is het een hele dure dia projector :+ die het spulletje op een speldenknop projecteert.
Exact! Jij snapt het! Zoveel verkleinen wij de dia ook niet eens. Dat gaat met een factor 4, dus de patronen op de dia zelf zijn al echt heel klein! Verder projecteren we geen statische beelden, maar bewegen we de dia en het scherm tegelijkertijd, net zoals hoe kranten met een roller gedrukt worden.
Dan rijst bij mij de vraag: hoe wordt die "dia" dan gemaakt? :+
Dit is een educated guess, maar die wordt gemaakt met elektronstraallithografie. Dan ben je een beetje met dezelfde techniek als een oude beeldbuis, aan het tekenen met een elektronstraal. Dan heb je geen masker nodig om te schrijven. Dat is net als kleuren. Lijntje voor lijntje je patroon opbouwen.
Dat is al werkend?

https://www.autoyas.com/N...163740/Mapper-Lithography

Mapper lithography, niet snel wel nauwkeurig.
Dat hadden we werkend, maar de markt was er niet (rijp voor?). In december failliet gegaan en opgekocht door ASML. Techniek is geshelved.
Ze hadden veel problemen om het werkend te krijgen. Dit kostte veel geld waardoor er op gegeven moment subsidies terug moesten betaald worden.Uiteindelijk werkte het wel maar het is niet snel genoeg vergeleken met de machines van ASML.

Overigens mooi overzichts artikel! De euv opwek techniek is wel enorm complex, knap dat ze dat werkend hebben gekregen. Kan me voorstellen dat het per machine wel aardig wat tuning vereist om het werkend te krijgen.
Is mij oude werkgever. Het was ook niet de bedoeling om even snel te zijn. Totaal ander usecase. Vgl. Fiets met een auto.

MAPPER richtte zich (met name de laatste jaren) op fab extension, prototyping, unieke chips, grotere chips en structuren die met conventionele lithografie lastig waren.
Echt geen weet van. Verder inderdaad wat Ravocs zegt. Ik denk dat de machines te traag waren.
Techniek interesseert me eindeloos, daarom heb ik er mijn beroep van gemaakt om de info techniek enz . binnen de deuren van het bedrijf te houden. Dan mag je zelf altijd om het hoekje mee kijken. Dus ASML Blokmeister dat moet elke dag wel een feest zijn.
Haha ja soms wel. Maar ik heb leukere en minder leuke puzzels die ik elke dag op moet lossen. Vandaag en gister toevallig een erg leuke puzzel. Om daar samen met je collega's het hoofd over te breken is wel fantastisch.
Uit ervaring kan ik het alleen maar met je eens zijn. Ik hoeft me geen dag te vervelen in Veldhoven. :)
Een omgekeerde diaprojector. In plaats van vergroten, maakt hij het juist kleiner :D
Klopt, en dan bewegend (vandaar de naam scanner) met G-krachten als in een achtbaan, plaatjes op enkele nanometers nauwkeurig plaatst, een druppel tin afschiet, deze bekijkt, een laserpuls erop knalt zodat deze druppel meer een schijf wordt en met een tweede puls straling genereert wat in de buurt zit van röntgenstraling. En dat in een vacuum.

De machines bij ASML zijn prachtig. De oudere types (XT/NXT) zijn al enorm interessant, EUV is buitenaards daarmee vergeleken. Ik ben benieuwd welke ontwikkelingen EUV nog te wachten staan.
Misschien is het interessant om ook wat alternatieven voor euv te benoemen: zo worden lithografietechnieken gebaseerd op de Atomic Force Microscope onderzocht en is het bedrijf Raith gespecialiseerd in het bouwen van lithografiemachines die werken op basis van Electron Beam Lithography.

Ik zal hier later wat concrete getallen en onderzoeken aan toegevoegen, ik heb me toevallig afgelopen jaar een beetje hierin verdiept

Edit (beter laat dan nooit):

Electron Beam Lithografie (EBL) maakt gebruik van elektronenbundels die ze op resists afschieten waarna de rest hetzelfde is als bij eUV lithografie. Hiermee kun je structuren maken van minder dan 10nm breed[1], maar vergeleken met euv is het erg langzaam: in plaats van dat je de hele plaat in een keer kunt belichten moet je met de elektronenstraal het hele oppervlak af. Dat leidt ertoe dat je maar één vierkante centimeter per seconde kunt behandelen onder de specifieke omstandigheden[2]. EBL is een techniek die al commercieel wordt gebruikt, naast Raith die naar schatting zo'n 35% marktaandeel heeft zijn er ook wat japanse bedrijven mee bezig.

Lithografie met Atomic Force Microscopes is iets totaal anders: een AFM werkt met een zeer fijne punt die over een oppervlak heen beweegt. Op de achterkant van de punt zit een spiegeltje die een laser zo reflecteert dat de plaats waar de laser op een detector komt kan worden afgelezen, en zo kan een oppervlak in kaart worden gebracht met hoge resolutie (het wordt vaak gebruikt in nanobiologie, omdat deze techniek bijvoorbeeld DNA niet stukmaakt).

In plaats van dat je alleen een oppervlak uitleest kun je ook met die fijne punt in een oppervlak graferen (dit is de simpelste methode, je kunt ook bijvoorbeeld de punt verhitten of een spanning op de punt zetten als je een geleidende punt hebt). AFM lithografie kan op dit moment een structuren maken van 1nm onder specifieke omstandigheden[3] door spanning op de punt te zetten (wat dan water aantrekt en een geleidende laag direct op het oppervlak 'roest'), maar is super traag met maar 50 vierkante micrometer per seconde[4].

Dit alles komt dus nog lang niet in de buurt van de throughput die euv-machines hebben, maar is wel interessant voor bijvoorbeeld onderzoekers vanwege de lagere bereikbare resoluties of in het geval van AFM lithografie het kunnen gebruiken van organische materialen. Wel een kleine disclaimer: de getallen die ik noem zijn altijd onder specifieke omstandigheden, en de maximale snelheid gaat niet samen met de minimale structuurgrootte. Vaak is het zo dat hoe kleiner iets wordt, hoe langzamer het gaat, en hoe sneller iets gaat hoe onnauwkeuriger het wordt.

research papers voor de geinteresseerden (A. Tseng heeft ook nog ergens een dik boek geschreven over AFM lithografie als ik me niet vergis):
[1]: Yoshiaki Ishii and Jun Taniguchi. Fabrication of three-dimensional nanoimprint mold using inorganic resist in low accelerating voltage electron beam lithography. Microelectronic Engineering, 84(5-8):912–915, 2007.
[2]: Martin Feldman. Nanolithography: the art of fabricating nanoelectronic and nanophotonic devices and systems. Woodhead publishing, 2014. en R Fabian Pease. Maskless lithography. Microelectronic Engineering, 78:381–392, 2005.
[3]: A. Tseng. Advancements and challenges in development of atomic force microscopy for nanofabrication. Nano Today, 6(5):493 – 509, 2011.
[4] T.H.P. Chang, Marian Mankos, Kim Y. Lee, and Larry P. Muray. Multiple electron-beam lithography. Microelectronic Engineering, 57:117–135, 2001.


edit 2: oeps, nu heb ik mijn eigen artikeltje geschreven :P

[Reactie gewijzigd door asdfCYBER op 3 september 2019 23:07]

En laten we vooral niet Mapper's (RIP) techniek vergeten. Hopelijk gaat ASML daar nog iets moois mee doen.
Ik kan je verzekeren dat dat niet gaat gebeuren. De technologie om patronen te schrijven is geshelved.
Het lijkt me sterk dat ASML er volledig de stekker uit trekt. Er is enorm veel geld in gestoken en Mapper was net bezig met het uitbrengen van de eerste functionele machines. Sowieso zijn er een hoop (ex-) medewerkers overgegaan naar ASML.
Vertel mij wat, ik ben er 1 van ;)
Ah, dan ben je inderdaad een legitieme brenger van slecht nieuws |:( . Mogelijk heb ik jouw meetopstelling dan bij de veiling gekocht haha.
Ik ben dan wel benieuwd wat je hebt gekocht!
Het was me niet helemaal duidelijk waar jullie het voor gebruikten, maar het was een breadboard met een metalen frame en meerdere meetklokken. Het ging me voornamelijk om die meetklokken het het breadboard. Dat metalen frame hebben jullie duidelijk zelf ontworpen en kon ik helaas weinig mee.

Daarnaast nog twee turbo pompen en een kast met gereedschap ;).
Handig om er even bij te zeggen, de formule die hier genoemt wordt met een k1 van 0,25 is de half-pitch resolutie, dus de helft van de afstand tussen twee lijntjes. De twee lijntjes zelf staan dus twee keer zo ver uit elkaar.
En al die medische dingen, voedselvoorziening, etc, zijn momenteel steeds beter en efficienter onder andere door het gebruik van computers. Van supercomputers die simulaties draaien voor nieuwe medicijnen tot drones die bij landbouw helpen. En drie keer raden hoe die chips zijn gemaakt.

Daarnaast voor mij persoonlijk is het wel leuk hoor te weten dat je ontwerp voor iets 'speciaals' wordt gebruikt, maar tegelijk maakt het voor mijn plezier in de dagelijkse werkzaamheden echt niet significant uit in welk eindproduct mijn werk terecht komt.
En drie keer raden hoe die chips zijn gemaakt.
En niet te vergeten, hoe die chips betaalbaar zijn gemaakt: Door anderhalf miljard smartphones per jaar aan het gepeupel te verkopen. De verkleining van chips zorgt daarnaast ook voor verkleining in andere aspecten van de samenleving, waaronder medische apparatuur die tegenwoordig dagelijks wordt gebruikt. Die gasten die bij ASML werken zijn toolmakers die tools maken die door weer andere toolmakers worden gebruikt om alle aspecten van de maatschappij te voorzien van verbeterde technologie.

Zo hebben in het verleden een stelletje brillen slijpers de microscoop en de telescoop uitgevonden, iets dat nu in hele andere branches onmisbaar is (waaronder de medische sector). Hetzelfde met chips. Aan de ene kant het je het gepeupel met een smartphone, aan de andere kant heb je zaken als goedkope ontwikkelbordjes waarmee datzelfde gepeupel kan leren programmeren, eigen tools kan maken, etc.
Ik werk niet bij ASML omdat ik het zo tof vind dat er door mij mensen op de bank netflix kunnen kijken, hoewel ik dat niet vervelend vind. Ik werk zelf bij ASML omdat ik dagelijks werk met machines waarin we staalsnijlasers gebruiken om honderduidzend keer per seconde op gesupersoakerde tindruppels te schieten om vervolgens licht te maken waarmee we met een nauwkeurigheid van minder dan een nanometer patronen voor de nieuwste generatie chips op wafers schieten, en dat terwijl dat allemaal ongelofelijk snel beweegt. Wat we hier doen is ongelofelijk bizar, maar toch krijgen wij dit als mensheid voor elkaar. Dat is waarom ik er werk.
Opzich snap ik je punt wel, maar vergeet niet dat dit heus wel zijn weg gaat vinden naar meer dan een iets snellere smartphone SoC. Dat is enkel een eerste implementatie (ik vermoed omdat ze iets simpeler zijn dan desktop/server chips). En zelfs dan, met snellere en/of zuinigere telefoons gaan ze misschien langer mee, wat al wat materiaal reductie brengt :) . Het medische veld heeft ook echt wel baat bij meer rekenkracht, als zo weer betere supercomputers er gaan komen zodra deze technologie nieuwe server chips gaat produceren bijvoorbeeld, dat kan rekenkracht intensief onderzoek zeer goed gebruiken natuurlijk. Idem dito voor het ontwikkelen van nieuwe materialen voor de bouw trouwens.

En vergeet niet dat die techneuten hoog opgeleid zijn voor juist dit doel, die hebben vele jaren aan relevante opleiding gevolgd omdat ze dit juist willen doen! Als je ze op iets heel anders gaat zetten krijg je waarschijnlijk veel minder rendement.

Zie die smartphone SoC als eerste stapje, net zoals de Starhopper dat is voor de Starship van SpaceX. Voor de engineers bij ASML vast een geweldige milestone dat de techniek nu commercieel zijn weg naar eindproducten vind :)
Waar heb je het over?! In en rond Eindhoven wordt nagedacht over *al* de dingen die je noemt. ASML (die niet eens chips maakt, alleen de machines die daarvoor nodig zijn. En niet eens alle machines die daarvoor nodig zijn.) is maar 1 van de vele bedrijven daar. En er zit ook nog een universiteit.

[Reactie gewijzigd door MeMoRy op 3 september 2019 10:53]

Denk je dat ASML alleen technologie ontwerpt en maakt voor telefoons? Die technologie wordt gebruikt voor wat jij opnoemt en nog veel meer.
En wat wil je met die denkkracht op andere gebieden? Met verstand van het ontwerpen en maken van machines kom je niet zover op andere gebieden. Je zegt toch ook niet tegen een laborant "Als jij je kennis en ervaring nou inzet in de autoindustrie"?

[Reactie gewijzigd door mjz2cool op 3 september 2019 11:26]

Hieronder een link naar een voorbeeld wat er nog meer mee kan; een coherente signal processor waarmee je een 400GbE signaal de oceaan kan laten oversteken! Ook zeer interessante technologie.

http://www.gazettabyte.co...-ideas-into-7nm-cmos.html
Ik woon zelf in Eindhoven en werk op de TU/e. Wij zijn daar echt ook wel bezig met een heleboel andere dingen, zo gaat mijn project bijvoorbeeld over het verbeteren van plastic afval scheiden.

Van dat "netflixisering" zou ik graag een bron van je willen, daar heb ik namelijk nog nooit van gehoord.

[Reactie gewijzigd door kami124 op 3 september 2019 17:06]

Bij ASML maken ze "enablers", machines die andere in staat stellen om hele mooie producten te maken.
Dat drie kwart van wat met die "enablers" gemaakt wordt gebruikt wordt voor mobiele telefoonchips en de Netflixisering is jammer, maar tegelijkertijd worden er ook steeds snellere en effiecientere CPU's en GPU's gemaakt, die voor allerlei mooi onderzoek gebruikt worden...

Werken bij ASML zelf is natuurlijk mooi omdat je aan cutting-edge techniek werkt wat nog nergens anders in de wereld gedaan wordt.
Als spiegels zoveel van het licht absorberen, waarom worden er dan niet minder spiegels ingezet?
Met meer spiegels kan je verstoringen in je systeem opvangen. Net als dat goede cameralenzen ook erg veel lenselementen hebben. Het is hier dus de trade-off tussen transmissie in je projectiesysteem en de kwaliteit van je beeld. Hoe meer spiegels, hoe lager je transmissie en intensiteit op waferniveau, maar hoe slechter je beeld. Daar is een optimum in gevonden lijkt me.
Waarschijnlijk kun je met minder spiegels het licht nog niet ver genoeg concentreren op 1 punt, Hetzelfde als dat er in veel cameralenzen niet 1 maar meerdere lenzen achter elkaar gebruikt worden.
Want je neemt aan dat het huidige aantal niet het minimaal mogelijke aantal is?
Ik hoor graag je ideeën.
Maar voor mij komt je opmerking over als "waarom maken ze niet gewoon een processor op 3000Ghz, dat is toch sneller?"
Natuurlijk zullen ze een reden hebben om niet minder spiegels in te zetten. Ik ben wel benieuwd wat die reden is. Waarom zou je immers een artikel zoals dit lezen als je niet geïnteresseerd bent in de problemen en oplossingen die bij deze techniek komen kijken?
de spiegels in het systeem bepalen de NA (numerical Aperature) die ook bepalend is voor de CD die het systeem kan halen. Zo is er dus altijd een afweging die gemaakt moet worden. Minder spiegels is meer licht op waferlevel en dus meer throughput maar tegelijk een andere(slechtere) NA.. De NXE5000 waar ze het in het artikel ook over hebben heeft dus weer andere spiegels waardoor de NA weer beter wordt maar tegelijkertijd willen ze niet inleveren op throughput. Zo is alles een afweging.
Deze zin snap ik niet: “Zo'n vessel weegt ongeveer 2500kg en genereert zo'n anderhalve terabyte data per dag.” (Onder “Hoe werkt EUV”.) Het gaat om een apparaat dat licht produceert, hoe komt daar ineens data bij kijken?
Het is niet simpelweg een lamp die je aanzet. De tindruppels moeten op precies de juiste plek op het juiste tijdstip afgevuurd worden. Die data moet dan weer naar de laser zodat die ervoor kan corrigeren. Ondertussen maak je niet altijd dezelfde hoeveelheid energie per druppel, dus daar moet je weer feedback op aansturen. Er komt ongelofelijk veel bij kijken.
Bedankt. Die informatie was wel nuttig geweest in het artikel, want nu komt de data echt uit de lucht vallen.
Snap ik wel. Als je een echt in die techniek zit, neem je al snel aan dat het verzamelen van zoveel data zo logisch is dat iedereen het wel inziet, wat natuurlijk niet zo is. Het is zo ongelofelijk complex dat je echt zoveel mogelijk data over alles wil hebben, omdat echt hele kleine dingen al een groot verschil kunnen maken op de nanometerschaal.
Ben benieuwd of quantummechanica een rol speelt in dit geheel en in hoeverre jullie daarin moeten bijsturen qua feedback.
Op deze schaal hoef je echt nog geen rekening te houden met kwantummechanica. Alles gedraagt zich prima klassiek. Deze objecten zijn zo groot, dat de golflengte ongelofelijk klein is.
Deze zin snap ik niet: “Zo'n vessel weegt ongeveer 2500kg en genereert zo'n anderhalve terabyte data per dag.” (Onder “Hoe werkt EUV”.) Het gaat om een apparaat dat licht produceert, hoe komt daar ineens data bij kijken?
Dat staat er direct achter: "Die data is onder meer afkomstig van de camera's die de laserpulsen afstemmen op de positie van de druppels tin: de timing moet exact zijn en dat vraagt extreem hoge precisie."
Dat hebben ze er later stiekem achter gezet. ;)
Extreem gaaf artikel waarvan veel mij boven de pet gaat maar overall goed te volgen is voor iemand die er geen kaas van heeft gegeten.

Hoeveel kleiner kunnen processoren eigenlijk nog worden (theoretisch gezien)? Het artikel noemt in de laatste alinea dat de toekomst na de 3nm nog niet bekend is. Zitten we op dat punt dan ook dicht bij het fysieke limiet? Grootte van de atomen? snelheid van het licht? Warmte dan even buiten beschouwing gelaten gezien dat waarschijnlijk eerder een rol gat spelen dan eerder genoemde limieten.
3nm ligt in de planning, maar 5nm vereist al speciale manieren van ontwerp. Eén van de problemen waar je bij zulke kleine formaten tegenaan loopt, is dat de thermische effecten al voor fouten gaan zorgen. Bedenk dat de diameter van een silicium atoom 110 picometer is, dus 3nm is ~27 atomen breed.

Belangrijker dan of het technologisch mogelijk is, is of het economisch rendabel is. EUV machines zijn al zo duur dan meerdere bedrijven soms maar samen 1 machine kopen: in de orde van 100 miljoen euro per stuk! Kleiner technologieën hebben nog meer uitdagingen, dus zullen nog duurder worden. De vraag is of dat ooit terugverdient gaat worden. Fabrikanten zitten al tijden te kijken naar andere oplossingen. Meerdere IC 'dies' op elkaar stapelen (3D stacking), of distributed computing. Datacommunicatie blijft een uitdaging, want de communicatiesnelheiden en latency vormen de bottleneck.
Bedankt voor je reactie, erg interessant want merk in software ook dat de nadruk steeds meer op schaalbaarheid komt te liggen. Echt het distributed computing dus waarbij je de workload zo goed mogelijk probeert te verdelen om, inderdaad de datacommunicatie tot een minimum probeert te beperken/optimaliseren.

Ben benieuwd wat de mensen die een stuk slimmer zijn dan mij hierop gaan bedenken!
Fantastisch artikel. Dank je wel Willem. Ik volg als absolute leek minder dan de helft maar het geeft wel een goed beeld van de geschiedenis en de complexiteit.
Misschien dat je dan nog iets opsteekt van deze podcastaflevering. Hierin probeer ik een klein beetje populair wetenschappelijk in te gaan op de techniek erachter: https://www.metnerdsomtaf...asml-met-sander-blok.html
Dank, ga ik ff luisteren, maar 1,5 uur moet ik echt ff voor gaan zitten.
Ik doe het altijd op de fiets, in de auto of tijdens het schoonmaken. Werkt fijn! :)
Mooi artikel. Het plaatje op deze laatste afbeelding komt voor mij wel als verrassing. Blijkbaar worden de gates, wat uiteindelijk het kleinste is en ook uiteraard erg kritisch voor je performance, gewoon nog met immersie litografie gedaan, en enkel de dunne metalen in EUV. Oké, de gate pitch is (vaak) wat groter dan de pitch van je dunne metalen, maar dat zijn geen enorme verschillen.
Misschien heb ik er overheen gelezen en staat het in het artikel, maar gezien ik het ook niet met Google kan vinden, iemand een idee waarom de gate niet met EUV wordt gedaan?
Als je de gates met double patterning kan doen, kan het maar zo zijn dat het doen met immersie gewoon goedkoper/sneller is dan met EUV.
De laatste stap van het euv-licht naar de wafer is de fotoresist, het materiaal dat onder invloed van euv-licht uithardt en het onderliggende materiaal beschermt tijdens een ets-stap

Als ik het juist heb geleerd op school, hardt de fotoresist niet uit onder belichting, maar 'smelt' deze juist. Het gesmolten gedeelte lost dan ook de onderliggende oxidelaag mee op en zorgt zo dat de belichte gedeelten geëtst kunnen worden.
Dan heb je het niet juist geleerd op school, al zit er wel een correcte gedachte achter. Je hebt wel, naast uithardende (negatieve) fotoresist, ook fotoresist dat beter oplosbaar wordt door de belichting. Bij deze 'positieve' resist wordt dan juist het belichte deel verwijderd i.p.v. het onbelichte deel.
De onderliggende oxidelaag is overigens juist het gene waar je in etst. In het geval van een nog leeg Si substraat in ieder geval, elke wafer die een machine in gaat heeft een oxide laag
Hier in het artikel wordt het principe geïllustreerd adhv positieve fotoresist. Over het verwijderen van de oxidelaag was ik inderdaad verkeerd.
Uitgelegd als zijnde negatief, maar het plaatje gaat over positief

Op dit item kan niet meer gereageerd worden.


Nintendo Switch (OLED model) Apple iPhone 13 LG G1 Google Pixel 6 Call of Duty: Vanguard Samsung Galaxy S21 5G Apple iPad Pro (2021) 11" Wi-Fi, 8GB ram Nintendo Switch Lite

Tweakers vormt samen met Hardware Info, AutoTrack, Gaspedaal.nl, Nationale Vacaturebank, Intermediair en Independer DPG Online Services B.V.
Alle rechten voorbehouden © 1998 - 2021 Hosting door True