Video: ASML in 1 minute (November 2024)
Wenn es um die Herstellung von Chips geht, ist kleiner besser. Das heißt, kleinere Transistoren führen zu Chips, die mehr Funktionen auf eine kleinere Fläche packen, und dies hat in der Vergangenheit zu einer kontinuierlichen Verbesserung der Produkte sowie zu niedrigeren Rechenkosten geführt, wobei sich die Dichte etwa alle zwei Jahre verdoppelt. In den letzten Jahren hat sich diese Verbesserung jedoch verlangsamt, zum Teil, weil es schwieriger wird, herkömmliche Lithografiewerkzeuge zu verwenden, um die für kleinere Chips benötigten kleineren Linien zu erzeugen. Die große Hoffnung der Branche auf einen Durchbruch ist die sogenannte EUV-Lithografie (Extreme Ultraviolet).
Ich schreibe seit Jahren über EUV, und die ersten Testmaschinen wurden vor etwa einem Jahrzehnt in Forschungseinrichtungen für die Chipherstellung bei SUNY und IMEC installiert. Die großen Chiphersteller testen seit Jahren EUV-Maschinen, haben jedoch kürzlich ihre Maschinen aufgerüstet und neue Modelle installiert und sprechen jetzt offen darüber, wie sie EUV an ihren 7-nm- und 5-nm-Fertigungsknoten einsetzen werden.
Ich war ein bisschen überrascht, als ich kürzlich erfuhr, dass einige der wichtigsten Komponenten eines EUV-Systems tatsächlich in Wilton, Connecticut, etwa 45 Meilen außerhalb von New York, hergestellt werden.
Zunächst einige Hintergrundinformationen. Alle Chips in der Elektronik, die Sie heute verwenden, werden in einer komplexen Reihe von Schritten hergestellt. Dazu gehört das Strukturieren mit Fotolithografie, bei dem Licht durch eine Maske auf einen Siliziumwafer fällt, Materialien auf dem Wafer abscheidet und die unerwünschten Teile nacheinander wegätzt, um sie herzustellen die Transistoren und die anderen Komponenten eines Chips. In der Regel durchläuft ein einzelner Chip viele Lithografieschritte und erzeugt mehrere Schichten. In praktisch allen derzeit führenden Chips verwenden Hersteller ein Verfahren, das als 193-nm-Immersionslithographie oder DUV-Lithographie (Deep Ultraviolet) bezeichnet wird und bei dem Licht mit einer Wellenlänge von 193 nm durch eine Flüssigkeit auf einen Fotolack gebrochen wird, um diese Muster zu erzeugen.
Diese Art der Lithografie hat eine Grenze - was die Größe der Linien anbelangt, die sie in einem Durchgang erzeugen kann -, weshalb sich die Chiphersteller in vielen Fällen dazu entschlossen haben, eine einzelne Schicht mehrmals zu strukturieren, um das vorgeschlagene Design zu erstellen. In der Tat ist Double-Patterning mittlerweile alltäglich, und die neueste Generation von Chips von Intel und anderen verwendet eine Technik namens Self-Aligned Quad Patterning (SAQP). Jeder zusätzliche Schritt der Strukturierung erfordert jedoch Zeit, und Fehler bei der korrekten Ausrichtung der Muster können es schwieriger machen, jeden Chip perfekt zu machen, wodurch die Ausbeute an guten Chips verringert wird.
Bei der Ultraviolettlithographie (EUV) wird Licht mit einer kleineren Wellenlänge von 13, 5 nm verwendet. Dies kann viel feinere Merkmale strukturieren, birgt jedoch auch viele technische Herausforderungen. Wie mir einmal erklärt wurde, sprühen Sie zunächst geschmolzenes Zinn mit einer Geschwindigkeit von 250 km / h ein, treffen es mit einem Laser in einem Vorimpuls, um es zu verteilen, sprengen es mit einem anderen Laser, um ein Plasma zu erzeugen, und knallen dann das Licht ab Spiegel, um einen Strahl zu erzeugen, der genau an der richtigen Stelle auf den Wafer treffen muss. Mit anderen Worten, es ist, als würde man versuchen, einen Baseball in einer 1-Zoll-Zone 10 Milliarden Mal pro Tag genau an der gleichen Stelle auf der Tribüne zu treffen. Damit dies funktioniert, ist eine leistungsstarke Plasmaenergiequelle zur Stromversorgung des Lichts erforderlich. Da dieser Vorgang so komplex ist, müssen alle Teile des Systems präzise ausgerichtet werden.
Aufgrund dieser Komplexität ist ASML - der große niederländische Hersteller von Lithografiewerkzeugen - das einzige Unternehmen, das EUV-Maschinen herstellt, und die Geräte erfordern Teile und Module aus einer Reihe von Einrichtungen. Das Werk in Wilton stellt nach Angaben von ASML Fellow Chip Mason heute wichtige Module für DUV- und EUV-Maschinen in der Optik und in der Feinmechanik her.
In der Fabrik in Wilton wird das Modul hergestellt, das das obere Drittel der aktuellen Twinscan NXE: 3350B-Maschine einnimmt, die den Fadenkreuztisch handhabt und präzise ausrichtet, der wiederum die Maske hält, durch die das Licht auf das Muster fällt. sowie Waferausrichtungs- und Nivellierungssensoren. Das obere Modul selbst besteht aus anderen werkseitig hergestellten Modulen.
Bill Amalfitano, General Manager von ASML Wilton, erklärte, wie in einer EUV-Maschine das obere Modul das Absehen handhabt, das untere den Wafer und das mittlere die von Zeiss hergestellte hochpräzise Optik.
Wie Mason es erklärte, ist eine genaue Positionierung und Ausrichtung des Fadenkreuzes mit der Optik entscheidend für die Herstellung der Chips. Zu diesem Zweck arbeitet das Team in Wilton mit Teams in den Niederlanden, einer Computerlithographie-Gruppe in San Jose und einer Metrologie-Gruppe zusammen. Die Maschine misst ständig, wo sich die Dinge befinden, und gibt Korrekturen in einem Prozess zurück, der als "ganzheitliche Lithografie" bekannt ist. Alle Teile werden an ASML im niederländischen Veldhoven zurückgesandt und dort in das Gesamtsystem integriert.
Die endgültigen Maschinen sind ziemlich groß - ziemlich raumgroß. Mason merkt an, dass jede neue Generation von Lithografiewerkzeugen einen schwierigeren Prozess mit größeren Maschinen mit immer kleineren Merkmalen verursacht hat. Zu diesem Zeitpunkt könne noch niemand Experte für den gesamten Prozess sein, weshalb sowohl innerhalb des Werks als auch mit den anderen Unternehmensstandorten viel Teamarbeit erforderlich sei.
"Es war nicht wie vor 10 Jahren, als es einfach war", scherzte Mason und bemerkte, dass die älteren Prozesse auch "damals unmöglich schienen".
So komplex sie auch sind, die derzeitigen EUV-Maschinen sind nicht das Ende der Reihe. Laut Mason arbeitet das Unternehmen an einer EUV mit hoher NA (numerischer Apertur) sowie an Verbesserungen bei der ganzheitlichen Lithographie und zusätzlichen optischen Näherungskorrekturmerkmalen, um noch feinere Merkmale drucken zu können. Die Verbesserung der Transistordichte sei "bedeutende Arbeit", sagte Mason und merkte an, dass die Mitarbeiter des Werks die Verantwortung für die Bereitstellung der neuen Technologie empfinden.
Ich hatte die Gelegenheit, mit ASML Wilton GM Bill Amalfitano durch die Fabrik zu gehen, der erklärte, dass die Herstellung in einem 90.000 Quadratmeter großen Reinraum in einer 300.000 Quadratmeter großen Fabrik stattgefunden habe.
Der Reinraum scheint etwa zwei Stockwerke hoch zu sein, und selbst das scheint für einige der neuesten Geräte, wie beispielsweise vollständige Twinscan-EUV-Maschinen, eng zu sein. Es scheint alles sehr gut organisiert zu sein, mit verschiedenen Stationen zum Erstellen der Dutzende verschiedener Subsysteme, die in die endgültigen Module eingehen, und alles farbcodiert nach Funktionen.
Ich war neugierig, wie diese Art von Arbeit nach Connecticut kam. Mason und Amalfitano, die beide seit vielen Jahren in den Einrichtungen arbeiten, erklärten, dass alles vor Jahren begann, als Perkins-Elmer, damals in Norwalk, fortschrittliche Optiken für Dinge wie Spiegel für das Hubble-Teleskop entwarf. Das Unternehmen begann Ende der 1960er Jahre mit der Arbeit an Lithografiewerkzeugen und wurde schließlich mit seinen Micralign-Werkzeugen einer der Hauptlieferanten. Perkins-Elmer verkaufte die Sparte 1990 an die Silicon Valley Group, die sie in Silicon Valley Group Lithography (SVGL) umbenannte und 2001 von ASML übernommen wurde.
Auf dem Weg dorthin, erklärte Amalfitano, wurde die Einrichtung weiter ausgebaut. Das Unternehmen beschäftigt derzeit mehr als 1.200 Mitarbeiter - und wächst von insgesamt rund 16.000 Mitarbeitern von ASML.
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