Een nieuw tijdperk voor de halfgeleiderindustrie. Zo valt de aankondiging te betitelen van de verkoop van vijftien chipmachines die gebruik maken van extreem ultraviolet licht door chipmachinefabrikant ASML. Het bedrijf uit Veldhoven is wereldmarktleider.

De nu bereikte doorbraak zit ‘m in de korte golflengte van extreem ultra violet licht. Die is met 13,5 nm aanzienlijk korter dan de 193 nm van het gewone licht waar de chipmachines nu mee draaien.

Chipmachines zijn lichtschrijvers. Om een chip te maken wordt laag voor laag een gewenst patroon op het materiaal geprojecteerd. De uitdaging daarbij is de projectie zo scherp mogelijk te krijgen, zodat er zo veel mogelijk transistoren en andere componenten op de chip zijn aan te brengen.

De maximaal te bereiken resolutie hangt af van de golflengte van het licht. Er waren in de chipmachine dan ook allerhande kunstgrepen nodig om het mogelijk te maken chips te produceren met een nauwkeurigheid  tot zo’n 15 nm.

Het spreekt voor zich dat er flinke winst valt te behalen door licht met een kortere golflengte te gebruiken.  Vandaar het besluit van ASML zo’n tien jaar geleden om de ontwikkeling te beginnen van een machine die gebruikt maakt van extreem ultraviolet licht. De miljardeninvestering vindt nu zijn bekroning met de verkoop van de eerste serie productiemachines.

Lange tijd leek zo’n machine met extreem ulraviolet licht onmogelijk, want de uitdagingen waren enorm

  • Er was geen bron beschikbaar die voldoende extreem ultraviolet licht creëert
  • Lenzen konden niet worden gebruikt om het patroon te projecteren, want die absorberen extreem ultraviolet licht. In plaats daarvan worden gekromde spiegels gebruikt, die op een speciale materiaal van een coating zijn voorzien om voldoende licht terug te kaatsen.
  • Gebruik van ultraviolet licht vereist volledig vacuüm in de machine. Dat stelt extra eisen aan ontwerp en engineering. Dat is vooral lastig bij de bron die het licht opwekt uit zwevende metaaldeeltjes.

Vooral de ontwikkeling van die bron kostte ASML hoofdbrekens, en dan met name het genereren van voldoende vermogen. Want dat bepaalt hoe snel een chip is te schrijven, en dus het productievolume. En voor de chipindustrie is dat getal maatgevend.

Opbouw van de extreem ulraviolette chipmachine

De nu te leveren machines zijn, zo laat ASML weten, uitdrukkelijk van de eerste generatie-versie. De ontwikkeling gaat door, onder andere aan de bron, zodat de productiesnelheid verder kan worden opgevoerd  en de resolutie verder verbeterd. Uiteindelijk zal de grens daar komen te liggen, waar de nauwkeurigheid van componenten van de chip binnen een enkele orde van de atoomdikte van het halfgeleidermateriaal komt te liggen.