Chipfabrikanten kunnen straks aanzienlijk meer wafers per uur verwerken dankzij een nieuwe stap bij ASML. Het bedrijf heeft de lichtbron van zijn EUV machines opgevoerd naar 1000 watt. Die vermogenssprong moet rond 2030 zorgen voor een productiviteitsstijging van circa 50 procent en lagere kosten per chip.
In concrete cijfers: waar een geavanceerde EUV machine vandaag rond de 220 wafers per uur verwerkt, moet dat richting 330 wafers per uur kunnen gaan. Omdat elke wafer tientallen tot duizenden chips bevat, afhankelijk van ontwerp en formaat, vertaalt extra doorvoer zich rechtstreeks in lagere kosten per chip.
De technologische sprong zit in het hart van de machine. In een vacuümkamer worden tienduizenden microscopische druppels gesmolten tin per seconde afgevuurd. Een krachtige CO2 laser raakt elke druppel, die daardoor verandert in plasma en extreem ultraviolet licht uitzendt. Dat licht wordt via spiegels van het Duitse Zeiss naar de wafer geleid, waar het patroon van een chiplaag wordt geprojecteerd.
ASML heeft het aantal geraakte tindruppels verdubbeld naar circa 100.000 per seconde. Tegelijk is de manier waarop die druppels worden voorbereid aangepast. Waar voorheen één puls de druppel in vorm bracht en een tweede krachtige puls het plasma creëerde, worden nu twee zachtere pulsen gebruikt om de druppel optimaal te vormen, gevolgd door een harde puls voor de plasmaslag. Het resultaat is een stabielere en krachtigere lichtproductie die gemiddeld 1000 watt haalt.
Volgens Michael Purvis, Lead Technologist bij ASML, gaat het niet om een kortstondige demonstratie in een laboratoriumopstelling. In het lab van dochterbedrijf Cymer in San Diego is het systeem getest onder condities die vergelijkbaar zijn met die bij klanten in een fabriek. Met andere woorden: dit is geen proefopstelling, maar een pad naar industriële inzet.
Meer licht, minder tijd per wafer
Het principe is eenvoudig. Hoe meer licht beschikbaar is, hoe korter de belichtingstijd per chiplaag. Dat verhoogt de throughput van de machine. De stap van 160 naar 220 wafers per uur werd al gezet met eerdere optimalisaties. Met 1000 watt moet 330 wafers per uur haalbaar worden.
Die extra snelheid is geen luxe. EUV machines behoren tot de duurste productiesystemen ter wereld. Elke procent extra output verlaagt de kosten per wafer en maakt het voor chipfabrikanten aantrekkelijker om EUV in te zetten voor steeds meer lagen in geavanceerde chips. Dat is cruciaal nu transistorstructuren richting enkele nanometers gaan en alternatieven beperkt zijn.
Teun van Gogh, verantwoordelijk voor de EUV NXE lijn, benadrukt dat het doel is om EUV betaalbaar te houden voor klanten. In de praktijk betekent dit dat een hogere lichtintensiteit niet alleen de productie versnelt, maar ook de economische rekensom van nieuwe fabrieken beïnvloedt.
Nog niet morgen in de fabriek
Dat de eerste systemen met 1000 watt pas rond 2030 worden verwacht, heeft te maken met meer dan alleen de lichtbron. Als wafers sneller moeten worden verwerkt, moeten ook de wafer stages, reticlesystemen en meetmodules hogere snelheden aankunnen zonder aan precisie in te boeten. In lithografie gaat het om positioneringsnauwkeurigheden op atomair niveau. Sneller bewegen zonder trillingen of afwijkingen is een opgave op zich.
Tegelijk ziet ASML ruimte voor verdere opschaling. Intern wordt gesproken over een redelijk duidelijk pad naar 1500 watt, en er zou geen fundamentele natuurkundige barrière zijn die 2000 watt onmogelijk maakt. Dat betekent dat de huidige stap vooral een tussenstation kan zijn.
Concurrentie loert op de lichtbron
De doorbraak heeft ook een strategische dimensie. In de Verenigde Staten werken start ups zoals xLight, Substrate en Inversion Semiconductor aan alternatieve lichtbronnen op basis van röntgenstraling. Zij gebruiken deeltjesversnellers om elektronen rond te jagen in een buizenstelsel, met als doel veel hogere lichtintensiteiten te genereren dan met tinplasma mogelijk lijkt.
Zo’n versneller kan echter de omvang hebben van een ijsbaan, wat de integratie in een chipfabriek complex maakt. Toch tonen deze initiatieven dat de lichtbron het strijdtoneel is geworden in de volgende fase van lithografie.
Dat maakt de 1000 watt stap meer dan een technische verbetering. Het is ook een signaal dat ASML zijn kerntechnologie blijft verfijnen terwijl nieuwe spelers alternatieven verkennen. Voor chipfabrikanten draait het uiteindelijk om één vraag: hoeveel functionerende chips rollen er per uur van de band, tegen welke prijs.
Als de beloofde 330 wafers per uur werkelijkheid worden, verschuift de economische grens van wat mogelijk is in geavanceerde logica en geheugen opnieuw een stukje. En dan begint de volgende discussie al: hoe ver kan het licht nog worden opgevoerd.
