Wie de meest geavanceerde halfgeleiders wil produceren, kan niet om ASML heen. Het bedrijf uit Veldhoven heeft een monopolie op EUV-lithografie, waardoor elk apparaat honderden miljoenen euro’s kost voor klanten als TSMC, Intel en Samsung. Japanse wetenschappers hebben echter onlangs een doorbraak onthuld die de prijs van EUV drastisch kan verlagen.
De Japanse techniek is ontwikkeld door de Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) onder leiding van professor Tsumoru Shintake. Het belooft EUV-lithografie aanzienlijk eenvoudiger, efficiënter en uiteindelijk veel goedkoper te maken. In een EUV-machine van ASML dirigeren zes of meer spiegels een piepkleine straal licht richting het uiteindelijke doelwit: een silicium wafer, de platte cirkel waarop moderne chips worden getekend met dit EUV-licht. Dat kost extreem veel energie, waarbij elke spiegel het licht weliswaar scherper stelt, maar ook gedeeltelijk absorbeert. De onderzoekers in Japan weten een werkbare EUV-techniek echter met slechts twee spiegels te realiseren, met een tienvoudige energiebesparing tot gevolg. Althans, in theorie. Daarover later meer.
ASML-alternatieven
Over een ASML-alternatief hebben we vaker geschreven. Een eventuele concurrent kan eigenlijk enkel uit Japan komen. Alleen Nikon en Canon maken überhaupt soortgelijke apparatuur. Toch bedienen deze Japanse partijen de veel minder lucratieve DUV-markt – de stap naar EUV is door de torenhoge R&D-kosten simpelweg te duur gebleken. DUV-scanners, de generatie van chipmachines vóór EUV en geschikt voor minder complexe chips of chipcomponenten, zijn nog steeds overal. Heb je echter behoefte aan een Nvidia H100, een A17 Pro voor in de iPhone 15 Pro of andere competitieve producten, dan is de inzet van een ASML-machine onafwendbaar.
Canon dook vorig jaar op met veelbelovende nano-imprintmachines. In één klap zou het wellicht de in decennia’s opgebouwde achterstand ten opzichte van ASML kunnen wegwerken. De bouwtechniek van halfgeleiders op deze nieuwe Canon-apparatuur werd door het personeel omschreven “als een stempel”, afwijkend van de razendsnelle schetsen die de ASML-apparatuur tekent. Hoe dan ook: het duurt nog jaren voordat de werkelijke inzetbaarheid – en potentie tot werkelijke ASML-concurrentie – duidelijk wordt. Klanten zullen zich er niet zomaar aan wagen, zeker omdat de betrouwbaarheid van het gloednieuwe High-NA EUV opvallend goed uit lijkt de pakken in dit vroege stadium als we Intel mogen geloven.
Lees verder: Canon jaagt met chipmachines op monopolie van ASML
Uitdagingen
Net als bij Canon is de techniek van het Japanse OIST een resultaat van het overwinnen van meerdere fysieke uitdagingen. Alles van luchtbubbels tot een gebrek aan scherpte of te veel hitte daagt onderzoekers uit om anders in te spelen op de natuurwetten. Het team van Shintake zou twee problemen hebben opgelost. Allereerst het fenomeen van aberratie, ook een heikel punt binnen astronomie, waarin een waargenomen lichtbron zich elders lijkt voor te doen dan werkelijk het geval is. Aangezien deze lichtbron de chip moet traceren op nanometerniveau, nekt elke miniscule aberratie de accuratesse.
De tweede uitdaging betrof de lichttransmissie. De lichtbron heeft veelal te maken met problematische reflecties, zoals in de afbeelding hierboven te zien is. De OIST-techniek raakt het fotomasker op een hoek die niet overlapt met de reflectie, waardoor de wafer veel preciezer blootgesteld kan worden aan licht met minder spiegels.
Eén probleem moet nog overwonnen worden: de realiteit. Momenteel is de OIST-techniek bewezen in optische simulatiesoftware, maar nog niet in een werkelijke machine. Het kost vanzelfsprekend miljoenen om een dergelijk apparaat te bouwen, gezien het feit dat slechts een handjevol bedrijven de vereiste atomisch platte spiegels, lasers en andere componenten kunnen vervaardigen.
Lees ook: Imec toont revolutie in chiptechnologie met ASML’s High-NA EUV-machines