ASML’s paradepaardje: groots en piepklein tegelijk

26 maart 2010

De Twinscan NXT:1950i mag dan een kolos zijn, maar hij is in staat chips te fabriceren met de kleinst mogelijke onderdelen. Afhankelijk van de uitvoering kost hij een slordige 30 tot 40 miljoen euro.

De ‘Next Generation’ (NXT) in ASML’s productfamilie kwam in 2009 op de markt. De fabrikant uit Veldhoven – ooit begonnen als ‘spin-off’ van Philips – had op 31 december 2009 zeventien bestellingen voor de Twinscan NXT:1950i in de orderboeken staan. Daarnaast hadden klanten nog 32 exemplaren van iets minder geavanceerde, oudere modellen in bestelling, vertelt corporate communicatie-manager Jos Vreeker.

Een waferscanner maakt computerchips door middel van een lithografisch proces. Een blauwe laserstraal met een golflengte van 193 nanometer belicht via een ingewikkeld lenzenstelsel een siliciumschijf of wafer met een diameter van 300 millimeter. Uit de wafer worden later de individuele chips losgesneden. Het belichten gebeurt in tientallen lagen, doorgaans zo’n dertig tot veertig.

De laser, die zo’n 2 meter lang en 1 meter breed is, bevindt zich overigens niet in de Twinscan zelf. Bij de meeste chipfabrikanten bevindt dit gevaarte, dat gevuld is met een mengsel van argon, fluor en helium, zich in de kelder onder de waferscanner. Via spiegels wordt het licht naar de verlichtingseenheid aan de rechterzijkant en de bovenkant van de machine geleid.

In 2004 introduceerde ASML als eerste de immersietechnologie. Immersie betekent letterlijk onderdompeling. Het plaatsen van een laagje water tussen de onderkant van de lens en de wafer verhoogt de scherptediepte en daarmee de kwaliteit van het geprojecteerde beeld. Met lucht als tussenlaag is een numerieke aperture (NA) – grofweg vergelijkbaar met het diafragma in een fototoestel – van maximaal één haalbaar. Dankzij immersie heeft de TwinscanNXT:1950i een NA-waarde van 1,35 waardoor deze nog fijnere lijntjes kan maken.

Tijdens het belichten van de wafer schuift een ‘reticle’ – ook wel masker of dia genoemd – met het patroon van een bepaalde laag door de lichtstraal. Tegelijk beweegt de wafer, die onder in de machine op een belichtingstafel (‘stage’ of ‘chuck’ in het jargon) is geplaatst, in tegengestelde richting.

Dat alles gebeurt in duizelingwekkend tempo. Een Twinscan NXT:1950i is in staat maximaal 175 wafers per uur te belichten. Daarvoor is nodig dat de wafer over minuscule afstanden vliegensvlug heen en weer kan bewegen. In eerdere Twinscan-modellen paste ASML lineaire elektromotoren toe om de belichtingstafel te verplaatsen. In de nieuwe generatie kozen de ontwerpers voor magnetische levitatie, hetzelfde principe dat zweeftreinen voortbeweegt. Hiermee zijn versnellingen tot 15g mogelijk. Ter vergelijking: een straaljagerpiloot wordt het bij 6g al zwart voor de ogen.

Na iedere belichtingsstap ondergaat de wafer in andere machines een serie chemische bewerkingen, zoals etsen, het aanbrengen van isolatielagen en ionenimplantatie. Vervolgens wordt een nieuw lichtgevoelig laklaagje op de wafer aangebracht. Die bewerkingen vinden plaats in machines van andere fabrikanten, met name Tokyo Electron Ltd. (TEL). Hun ‘wafertrack’-apparatuur staat doorgaans pal naast de TwinScan.

Na de tussenbewerkingen gaat de siliciumplak weer terug naar de waferscanner – dat hoeft niet altijd dezelfde machine te zijn – voor de volgende procesgang, totdat alle lagen van de chip zijn opgebouwd.

Niet alle lagen van een chip hebben de kleinst mogelijke spoorbreedte. Een 32 nanometer-chip kan ook lijnen van bijvoorbeeld 40, 200 of 500 nanometer bevatten. Vreeker: “Het is zonde om die lagen te maken in een dure machine die geschikt is voor 32 nanometer. Normaal gesproken zie je in een chipfabriek dan ook een hele rij machines staan die allemaal een verschillende resolutie hebben.”

Uniek aan de Twinscan-machines van ASML is dat – het woord Twin (tweeling) zegt het al – twee wafers tegelijk in bewerking zijn. Terwijl de laser de ene wafer onder in het apparaat belicht, ondergaat een tweede wafer een reeks metingen. Dat gebeurt met de uiterste precisie, want geen twee maagdelijke wafers zijn helemaal identiek. Dit meetproces wordt ‘mapping’ genoemd. De meetgegevens worden in een sofwaremodel gestopt om tijdens het belichten de nodige correcties te kunnen uitvoeren.

De Twinscan NXT:1950i is geschikt voor het maken van halfgeleiders van ‘32 nanometer en kleiner’, aldus de officiële specificaties van ASML. De vraag is hoe klein precies. Volgens Vreeker bedenken chipfabrikanten allerlei trucs, zoals dubbel belichten, om nog smallere lijntjes te kunnen maken. “We hebben het nog niet gezien, maar misschien is 22 nanometer wel mogelijk met deze machine.” Dubbel belichten heeft echter als nadeel dat het ten koste gaat van de productiviteit.

De waferscanners van ASML zijn een stukje Nederlands trots, maar het overgrote deel (90 procent) van de onderdelen is afkomstig van toeleveranciers in binnen- en buitenland. ASML verzorgt het ontwerp, de assemblage, het testen, de service en ondersteuning.

ASML heeft nog maar één concurrent in dit marktsegment, de Japanse fabrikant Nikon. Vreeker: “Nikon beweert dat zij een machine hebben met dezelfde specificaties als onze Twinscan NXT:1950i. Het vervelende is dat je hun cijfers wel op de juiste manier moet interpreteren. Wij specificeren onder productieomstandigheden hoeveel wafers per uur, met welke nauwkeurigheid en met welke lijndikte we produceren. Dat is bij Nikon niet altijd het geval.”

ASML laat traditiegetrouw niet los wie zijn klanten zijn. De vraag of bijvoorbeeld Intel zijn geavanceerdste processors in 32 nanometer maakt met behulp van ASML’s waferscanners, blijft onbeantwoord. Vreeker waarschuwt wel dat Intel een andere terminologie hanteert. “Ze gebruiken bijvoorbeeld een machine die lijnen van 50 nanometer kan maken. Daarna etsen ze op een hele specifieke manier zodat ze uiteindelijk lijntjes van 32 nanometer overhouden. Als wij het hebben over 32 nanometer, bedoelen we 32 nanometer-lithografie. Dat is dus niet een-op-een vergelijkbaar.”

 
Lees het hele artikel
Je kunt dit artikel lezen nadat je bent ingelogd. Ben je nieuw bij AG Connect, registreer je dan gratis!

Registreren

  • Direct toegang tot AGConnect.nl
  • Dagelijks een AGConnect nieuwsbrief
  • 30 dagen onbeperkte toegang tot AGConnect.nl

Ben je abonnee, maar heb je nog geen account? Laat de klantenservice je terugbellen!