ASML: cesta z boudy ke světové dominanci

 

První roky nového tisíciletí představovaly pro společnost ASML především éru technologického rozvoje, která přinesla ponornou/imerzivní litografii a další technologie nutné pro postupné zvyšování rozlišení, což se zhmotnilo i v generaci TWINSCAN. Díky tomu všemu už ASML vytvořila postupem let na svém trhu více než důstojnou konkurenci pro firmy Canon a Nikon. 

 

PAS 5500 se daly považovat za přelomovou platformu, která pomohla firmě ASML prosadit se na svém trhu a kterou bylo možné v průběhu let stále vylepšovat, ale po roce 2000 už bylo zapotřebí něco nového a lepšího, neboť vývoj nových výrobních procesů samozřejmě nezamrzl. Šlo tehdy mimochodem o 180 až 130nm procesy. 

 

jeden z prvních TWINSCAN míří ke svému zákazníkovi

 

V ASML si tak uvědomovali, že potřebují něco nového a pokud možno opět revolučního. Tehdy se zrodila technologie TWINSCAN, která je v zásadě velice jednoduchá, ovšem uvedení představy do praxe, to už je něco jiného. Základní myšlenka je taková, že pokud stroj potřebuje přesně skenovat (připravovat) wafery, což si žádá čas, a pak je osvítit (exponovat), což rovněž nějaký čas zabere, pak by bylo vhodné zařídit, aby se najednou zpracovávaly namísto jednoho rovnou dva wafery. Jeden byl tak byl připravován a druhý mezitím osvícen.

 

 ASML TWINSCAN AT:400 - render ukazuje dva najednou zpracovávané wafery

 

Stroje TWINSCAN se tak naučily pracovat se dvěma wafery naráz, čili zatímco jeden je exponován, na druhý tác je naložen další wafer, který se pak musí řádně zmapovat a slícovat. Poté si wafery prohodí místo, čili exponovaný je vyložen a na jeho místo putuje další a tak stále dokola. 

 

První stroj TWINSCAN s modelovým označením AT:750T přišel v roce 2001, využíval záření o vlnové délce 248 nm (krypton-fluoridová litografie, dnes je obvyklá DUV s argon-fluoridovým zdrojem na 193 nm) a určen byl právě pro 130nm proces, čili tehdejší hi-end. Brzy jej doplnily modely AT:400T a AT:1100 pro pokrytí různých litografických technik, aby ASML mohlo svými stroji TWINSCAN pokrýt veškeré kroky pro výrobu tehdy moderních čipů. 

 

Díky generaci PAS 5500 se ASML naučilo, jak důležitá je následovná podpora a postupné inovace existujících systémů, čili i TWINSCAN začaly být postupně vylepšovány s ohledem na rozlišení, přesnost a výkon/produktivitu. Později přišly na řadu také systémy XT nahrazující AT, které ukázaly, že důležité jsou i rozměry. Byly totiž o čtvrtinu menší, díky čemuž zabraly i méně cenného čistého prostoru v továrnách, což pro výrobce čipů znamenalo dosažení vyšší výrobní kapacity bez rozšíření samotné továrny. 

 

"suchá vs. mokrá", aneb klasická vs. ponorná litografie

 

ASML také začalo přicházet s dalšími novinkami. AT:1150i jako první TWINSCAN využil ponornou litografii, již ve své době nabídl už jen Nikon. Princip je opět jednoduchý a jde o využití vody, samozřejmě vysoce čištěné, mezi poslední čočkou optického systému a waferem. Voda má vyšší index lomu než 1, což umožnilo tzv. High NA systémům s ponornou litografií dosáhnout vyššího rozlišení a hloubky ostrosti v jinak stejném stroji, který sloužil i pro klasickou "suchou" litografii. Výsledkem byly prostě a jednoduše ještě menší tranzistory, přičemž šlo o rok 2003, kdy nastupovaly už 90nm procesy, které jsou dnes stále aktuální a používané, ostatně stejně jako 130nm či ještě starší. 

 

Už tehdy se přitom ASML dávno vážně zabývalo vývojem EUV litografie (EUVL), která je dnes tak často zmiňována. Věstil se její brzký nástup, neboť někteří měli za to, že se výroba čipů bez ní neobejde už mnohem dříve, než se tak nakonec stalo. EUVL tak znamenala využití už extrémního ultrafialového záření, které se pohybuje ve vlnových délkách 124 až 10 nm. EUVL ve skutečnosti pracuje se 13,5nm zářením, které je velice složité vytvořit a především pak zaměřit na určené místo. Zde už ale jen odkážu na náš ne tak dávný článek, který EUVL dostatečně dobře popisuje. 

 

Namísto problematického EUVL ale nastoupilo něco jiného, a sice double (později rovnou multi) patterning. Jak tento výraz napovídá, jedná se o rozdělení tvorby jedné složité vrstvy waferu s už příliš titěrnými strukturami na dva či více kroků. To znamená i více expozic, příslušných masek a především i času a prostoru pro chyby a nepřesnosti. A právě za tímto účelem přišla platforma NXT. 

 

 

Stroje NXT tak nastoupily připraveny právě na to, aby byl multi patterning použitelný z hlediska své náročnosti na techniku a čas. Čili dané stroje musely být přesnější i rychlejší a prvním takovým se stal v roce 2008 TWINSCAN NXT:1950i (doba 45nm procesu), který nabídl 30% nášup výkonu, a to konkrétně zpracování až kolem 200 waferů za hodinu s tolerancí chyby v překryvu vrstev 2,5 nm. Moderní NXT už se přitom zlepšily až na 295 waferů za hodinu s tolerancí 1 nm. 

 

Už i technologie ponorné litografie a multi patterningu však časem přestávaly stačit, i když je pozoruhodné, že si výrobci s DUV litografií (Deep Ultra Violet - 193 nm) vystačili tak dlouho a ostatně samotný Intel se na využití EUV v běžné produkci stále teprve chystá, i když se na ni chystá už dlouhou řad let. Samotné EUV stroje od firmy ASML jsou také na světě už od roku 2006, kdy se zařadily do nově vzniklé platformy NXE.

 

 

Během řady let ale byly EUV stroje využitelné spíše jen k dalšímu vývoji a k tomu, aby se výrobci sami mohli seznámit s EUVL. Až o deset let později, v roce 2016, byl připraven první stroj vhodný pro samotnou komerční výrobu čipů: TWINSCAN NXE:3400 schopný zpracovávat i více než 170 waferů za hodinu.