Asml: fremstiller euv-komponenter i connecticut

Når det kommer til chipfremstilling, er mindre bedre. Det vil sige, at mindre transistorer fører til chips, der pakker flere funktioner ind i et mindre område, og historisk set har dette ført til kontinuerlig forbedring af produkter såvel som lavere beregningsomkostninger, med densiteterne fordoblet hvert andet år eller deromkring. Men i de senere år er denne forbedring aftaget, delvis fordi det bliver sværere at bruge konventionelle litografiske værktøjer til at fremstille de mindre linjer, der er nødvendige til mindre chips. Industriens store håb om et gennembrud er noget, der kaldes ekstrem ultraviolet litografi.

Jeg har skrevet om EUV i årevis, og de første testmaskiner blev installeret for ca. et årti siden på chipfremstillingsfaciliteter på SUNY og IMEC. De store chipmakere har haft test-EUV-maskiner i årevis, men har for nylig opgraderet deres maskiner og installeret nye modeller, og taler nu åbent om, hvordan de vil bruge EUV på deres 7nm og 5nm produktionsnoder.

Jeg var lidt overrasket over at høre for nylig, at nogle af de vigtigste komponenter i et EUV-system faktisk er produceret i Wilton, Connecticut, cirka 45 mil uden for New York.

Først noget baggrund. Alle chips i den elektronik, du bruger i dag, er produceret i en kompleks række trin, der involverer mønstring med fotolitografi, hvor lys passerer gennem en maske på en siliciumskive, afsætter materialer på skiven og ætser de uønskede dele i rækkefølge til at fremstille transistorer og de andre komponenter i en chip. En enkelt chip vil typisk gennemgå mange litografitrin, hvilket skaber flere lag. I stort set alle de nuværende førende chips bruger fabrikanter en proces kaldet 193nm nedsænkningslithografi, eller DUV (dyb ultraviolet) litografi, hvor lys med en bølgelængde på 193nm brydes gennem en væske til en fotoresist for at skabe disse mønstre.

Denne form for litografi har en grænse - for så vidt størrelsen på de linjer, den kan skabe på et pass - så har chipmakere i mange tilfælde henvendt sig til mønstre et enkelt lag flere gange for at skabe det foreslåede design. Faktisk er dobbeltmønstring nu almindeligt, og den nyeste generation af chips fra Intel og andre bruger en teknik kaldet selvjusteret firemønster (SAQP). Men hvert ekstra trin i mønstring tager tid, og fejl i at få mønstrerne justeret korrekt kan gøre det sværere at fremstille hver chip perfekt, hvilket reducerer udbyttet af gode chips.

Ekstrem ultraviolet (EUV) litografi bruger lys med en mindre bølgelængde på 13, 5 nm. Dette kan mønstre meget finere funktioner, men det udgør også mange tekniske udfordringer. Som det engang blev forklaret for mig, begynder du med at sprøjte smeltet tin 150 miles i timen, slå det med en laser i en forpuls for at distribuere det, sprænge det med en anden laser for at skabe et plasma og derefter sprænge lyset fra spejle for at skabe en bjælke, der skal ramme skiven på nøjagtigt det rigtige sted. Med andre ord er det som at prøve at ramme en baseball i en zone med en tomme ind på nøjagtigt samme sted på tribunerne 10 milliarder gange om dagen. For at gøre dette arbejde er en højdrevet plasma-energikilde til strømforsyning af lyset nødvendig, og fordi det er så kompliceret, kræver processen nøjagtig justering af alle dele i systemet.

På grund af denne kompleksitet er ASML - den store hollandske producent af litografeværktøjer - det eneste firma, der fremstiller EUV-maskiner, og enhederne kræver dele og moduler fra en række faciliteter. Fabrikken i Wilton fremstiller i dag kritiske moduler til både DUV og EUV-maskiner, inden for optik og præcisionsmekanik, ifølge ASML Fellow Chip Mason.

Især fremstiller Wilton-fabrikken modulet, der optager den øverste tredjedel af den nuværende Twinscan NXE: 3350B-maskine, der håndterer og præciserer retikuletrinet, som igen holder masken, gennem hvilken lyset skinner, så det bliver mønsteret, samt sensorer til justering af niveauer og nivellering. Selve det øverste modul er sammensat af andre moduler, der er produceret fra fabrikken.

ASML Wilton-generaldirektør Bill Amalfitano forklarede, hvordan det øverste modul i en EUV-maskine håndterer retiklen, bunden håndterer skiven og midten håndterer optik med meget høj præcision, der er fremstillet af Zeiss.

Som Mason forklarede det, er præcis placering og justering af retiklen med optikken kritisk for fremstilling af chips. For at gøre dette arbejder teamet i Wilton med teams i Holland, en computational litografigruppe i San Jose og en metrologigruppe. Maskinen måler konstant, hvor tingene er og feeds korrektioner i en proces, der kaldes "holistisk litografi." Alle dele sendes tilbage til ASML i Veldhoven i Holland, hvor de derefter integreres i det fulde system.

De endelige maskiner er ret store - stort set rummelige. Mason bemærker, at hver nye generation af litografiverktøjer har medført en vanskeligere proces med større maskiner, der skaber stadig mindre funktioner. På dette tidspunkt, sagde han, kan ingen personer være ekspert i hele processen, så det kræver en hel del teamwork, både inden for fabrikken og med de andre firmaer.

"Det er ikke som for 10 år siden, da det var let, " spøgte Mason og bemærkede, at de ældre processer også "syntes umulige på det tidspunkt."

Så komplicerede som de er, er nuværende EUV-maskiner ikke slutningen af ​​linjen. Mason sagde, at firmaet arbejder på High NA (numerisk blænde) EUV sammen med forbedringer i holistisk litografi og yderligere optiske korrektion af nærhedsfunktioner for at kunne udskrive endnu finere funktioner. At forbedre transistortætheden er "betydeligt arbejde", sagde Mason og bemærkede, at medarbejdere på anlægget føler et ansvar for at levere den nye teknologi.

(Bill Amalfitano, ASML Wilton daglig leder; Michael Miller; Amy Rice)

Jeg havde en mulighed for at gå gennem fabriken med ASML Wilton GM Bill Amalfitano, som forklarede, at fremstillingen blev udført i et 90.000 kvadratmeter rent rum, i et 300.000 kvadratmeter stort anlæg.

Renrummet ser ud til at svare til ca. to etager højt, og endda ser det ud til at være stramt for noget af det nyeste udstyr, f.eks. Komplette Twinscan EUV-maskiner. Det hele virker meget godt organiseret med forskellige stationer til oprettelse af de snesevis af forskellige undersystemer, der går ind i de endelige moduler, og alt farvekodet efter funktion.

Jeg var nysgerrig efter, hvordan denne slags arbejde endte i Connecticut. Mason og Amalfitano, som begge har arbejdet på faciliteterne i mange år, forklarede, at det hele startede for mange år siden, da Perkins-Elmer, dengang i Norwalk, skabte avanceret optik til ting som spejle til Hubble-teleskopet. Dette firma begyndte at arbejde med litografiske værktøjer i slutningen af ​​1960'erne og blev til sidst en af ​​de største leverandører med sine Micralign-værktøjer. Perkins-Elmer solgte divisionen til Silicon Valley Group i 1990, som omdøbte den til Silicon Valley Group Lithography (SVGL), som igen blev erhvervet i 2001 af ASML.

Undervejs, forklarede Amalfitano, er anlægget fortsat med at udvide. Det beskæftiger nu mere end 1.200 mennesker - og vokser - ud af ca. 16.000 ansatte i ASML.

Er du nysgerrig efter din bredbåndsinternethastighed? Test det nu!