211service.com
Inne i maskinen som reddet Moores lov
Det nederlandske firmaet ASML brukte 9 milliarder dollar og 17 år på å utvikle en måte å fortsette å lage tettere databrikker på.
Den øvre modulen til ASMLs neste generasjons EUV-maskin ble bygget av et 17-tonns stykke frest aluminium. Christopher Payne
27. oktober 2021Patrick Whelan kikker gjennom frontplaten på kanindressen sin for å se hvordan det går.
Foran ham er en skinnende glassbit, omtrent på størrelse med en brødristerovn, som er skåret ut med så mange utskårne seksjoner for å redusere vekten at den ser ut som en fremmed totem. Whelans team limer den til et stort stykke aluminium i salongbordstørrelse. Både metall og glass er uhyggelig glatt, etter å ha blitt polert i flere uker for å fjerne små ufullkommenheter. I løpet av de neste 24 timene, ettersom limet stivner, vil arbeidere nevrotisk overvåke posisjonen til glasset og metallet for å sikre at de smelter sammen akkurat slik.
Disse vil bli plassert sammen til mikrons presisjon, forteller Whelan og gestikulerer mot apparatet.
En nærliggende tekniker bekymrer seg for at han er for nærme, og roper: Sikkerhetskopier!
jeg rører ikke! jeg rører ikke! sier Whelan og ler.
Presisjon er seriøs virksomhet her. Jeg er i Wilton, Connecticut, i et rent rom til det nederlandske selskapet ASML, som lager verdens mest sofistikerte maskin for litografi – en avgjørende prosess som brukes til å lage transistorene, ledningene og andre viktige komponenter i mikrobrikker. Det er en ettertraktet enhet, med modeller som koster så mye som $180 millioner, som brukes til å lage mikrobrikkefunksjoner så små som 13 nanometer med et raskt klipp. Det presisjonsnivået er avgjørende hvis du er Intel eller TSMC og ønsker å produsere verdens raskeste banebrytende dataprosessorer. Den endelige maskinen, satt sammen ved ASMLs hovedkvarter i Nederland, er på størrelse med en liten buss og fylt med 100 000 bittesmå, koordinerte mekanismer, inkludert et system som genererer en spesifikk bølgelengde av høyenergi ultrafiolett lys ved å sprenge smeltede tinndråper med en laser 50 000 ganger i sekundet. Det tar fire 747-er for å sende en til en kunde.
Det er en veldig vanskelig teknologi - når det gjelder kompleksitet, er den sannsynligvis i kategorien Manhattan Project, sier Sam Sivakumar, Intels direktør for litografi.
Her i Wilton er glass-og-metallmodulen som Whelan og teamet hans bygger, spesielt kritisk. Den vil bære mønstrene som trengs for å lage en mikrobrikke, og den vil suse frem og tilbake mens maskinen sprenger den med ekstremt ultrafiolett (EUV) lys, og lyser opp forskjellige deler av brikkemønsteret. Lyset vil deretter sprette ned til en skive i størrelse med middagstallerken av silisium, og brenne mønsteret på plass.
Whelan går bort til en videomonitor som viser en av disse glassmetallkonstruksjonene som glider frem og tilbake mens de testes. Den veier 30 kilo, men den beveger seg i en uskarphet.
Dette akselererer raskere enn et jagerfly, sier Whelan, med det kortklippede skjegget og brillene skjult av utstyret hans. Hvis det er noe som er løst, vil det fly fra hverandre. Dessuten, sier han, må apparatet stoppe på et sted på størrelse med en nanometer – så du har en av de raskeste tingene på jorden som setter seg på stort sett det minste stedet av noe.
Denne glassklemmen (svart rektangel, øvre senter) brukes til å holde masker, som inneholder chipmønstre som skal overføres til en wafer.
CHRISTOPHER PAYNE
Et nærmere bilde av glassklemmen som brukes til å holde masker.
CHRISTOPHER PAYNEDenne kombinasjonen av hastighet og nøyaktighet er nøkkelen til å holde tritt med Moores lov – observasjonen av at antallet transistorer som er stappet inn i en mikrobrikke dobles omtrent hvert annet år ettersom komponentene blir stadig mindre, noe som gjør brikkene billigere og kraftigere. Jo tettere du pakker transistorer, jo raskere kan elektriske signaler glide rundt brikken. Siden 60-tallet har chipmakere krympet komponentene ved å bytte, hvert tiår eller så, til en ny form for lys med en mindre bølgelengde. Men på slutten av 90-tallet satt produsentene fast ved 193 nanometer lys - og de diskuterte heftig hva de skulle gjøre videre. Situasjonen ble mer og mer alvorlig. Chipmakere måtte bruke stadig mer komplekse design og teknikker for å holde Moores lov i gang, men de klarte å få ut ytterligere to tiår med økende ytelse.
Så, i 2017, avduket ASML sin produksjonsklare EUV-maskin, som bruker lys med en bølgelengde på bare 13,5 nanometer. Med en så kort bølgelengde kunne chipmakere pakke transistorer tettere enn noen gang før. CPUer kan knuse tall raskere, bruke mindre strøm eller bare bli mindre. De første generasjonene med brikker med små EUV-funksjoner er allerede i gang for store firmaer som Google og Amazon, og forbedrer språkoversettelse, søkemotorresultater, bildegjenkjenning og til og med AI som, som GPT-3, snakker og skriver med et skummelt menneske kvalitet. EUV-revolusjonen når også hverdagsforbrukere, siden ASMLs maskiner brukes til å lage brikker for produkter, inkludert noen Apple-smarttelefoner og Mac-er, AMD-prosessorer og Samsungs Note10+-telefon. Etter hvert som EUV-maskiner blir mer vanlige, vil det øke ytelsen og redusere strømbehovet på stadig flere hverdagslige enheter. EUV-teknologi muliggjør også enklere design, som lar brikkeprodusenter bevege seg raskere og produsere flere brikker per wafer, noe som resulterer i kostnadsbesparelser som kan overføres til forbrukerne.
Suksessen til EUV-litografi var langt fra garantert. Lyset er så djevelsk vanskelig å manipulere at eksperter i årevis spådde at ASML aldri ville finne ut av det. Faktisk ga ASMLs rivaler, Canon og Nikon, begge opp å prøve for mange år siden. Så ASML har nå et hjørne på markedet: Hvis du vil lage de mest banebrytende prosessorene, trenger du en av maskinene deres. ASML lager bare 55 av dem i året, og de selger raskt til bransjens brikkegiganter; for tiden er over 100 installert.
Moores lov faller i grunnen fra hverandre, og uten denne maskinen er den borte, sier Wayne Lam, forskningsdirektør ved CCS Insight. Du kan egentlig ikke lage noen ledende prosessorer uten EUV.
Det er ekstremt sjeldent at et enkelt firma har monopol på en så viktig del av mikrobrikkeproduksjonen. Enda mer forbløffende er det rene strevet med arbeid: det tok ASML $9 milliarder med FoU og 17 år med forskning, en ustanselig tur med eksperimentering, justeringer og aha-gjennombrudd. EUV er nå her – det fungerer. Men innsatsen og tiden det tok å få det til – og dens sene inntreden på scenen – reiser noen uunngåelige spørsmål. Hvor lenge vil EUV være i stand til å holde Moores lov gående? Og hva vil skje videre?
ASML bruker denne oransje roboten, bygget av KUKA Robotics, til å flytte tunge deler av EUV-maskiner rundt på renromsgulvet.
CHRISTOPHER PAYNEDa Jos Benschop begynte i ASML i 1997, hadde han gått en lang periode med Phillips og havnet i en chipindustri som var bekymret for fremtiden. I løpet av flere tiår hadde ingeniører innen brikkefremstilling mestret litografien. Konseptet er enkelt. Du designer komponentene til en brikke – dens ledninger og halvledere – og etser dem deretter inn i en serie masker, omtrent som du lager en sjablong for å sette et mønster på en T-skjorte. Deretter legger du hver maske over en silisiumwafer og skinner lys gjennom den (omtrent tilsvarende å spraye maling over sjablongen). Lyset herder resisten, et kjemisk lag på overflaten av waferen; så etser andre kjemikalier det mønsteret inn i silisiumet. På 60-tallet brukte chipmakere synlig lys for denne prosessen, med en bølgelengde så liten som 400 nanometer. Deretter skiftet de til ultrafiolett lys, ved 248 nm, og reduserte det gradvis til 193 nm - det som ofte kalles dyp UV. Hver bytte kjøpte dem flere års utvidelse av Moores lov.
Men på slutten av 90-tallet hadde de fokusert dyp UV så snevert de kunne klare, og de var ikke sikre på hvordan de skulle bli mindre. Det så ut til at det var behov for en ny lyskilde. ASML på den tiden var et lite firma med 300 personer som hadde suksess med å selge sine dyp-UV-litografiverktøy. Men for å holde seg relevante, innså de, måtte de gjøre noe seriøst FoU.
Benschop – en høy, kantet leder med en sprudlende, men skjev måte – ble ansatt som den første forskningsmedarbeideren. Han begynte å gå på store konferanser, holdt to ganger i året, der dype tenkere fra store brikkefirmaer og offentlige etater ville stryke seg over haken og krangle om hvilken form for lys de skulle bruke neste gang.
Hva ville bli den neste ungen på blokka? var hvordan Benschop sa det da vi snakket på Zoom i sommer. Ekspertene grublet over flere alternativer, som alle hadde store problemer. En idé var å bruke en spray av ioner for å tegne mønstre på sjetonger; det ville fungere, men ingen kunne finne ut hvordan det skulle gjøres raskt i stor skala. Det samme gjaldt å skyte stråler av elektroner. Noen tok til orde for å bruke røntgenstråler, som har en liten bølgelengde, men de hadde sine egne utfordringer. Den endelige ideen var ekstrem ultrafiolett, med en bølgelengde som kan gå så lavt som 13,5 nanometer - ganske nær røntgenstråler. Det så bra ut.
Problemet var at EUV ville kreve en helt ny form for litografimaskin. De eksisterende brukte tradisjonelle glasslinser for å fokusere lyset på waferen. Men EUV-lys absorberes av glass; det stopper dødt. Hvis du ville fokusere det, måtte du utvikle buede speil som de som brukes i romteleskoper. Verre er at EUV til og med absorberes av luft, så du må gjøre innsiden av maskinen til et perfekt forseglet vakuum. Og du må generere EUV-lys pålitelig; ingen var sikker på hvordan det skulle gjøres.
Intel hadde puslet med ideen, det samme hadde det amerikanske energidepartementet. Men dette var stort sett laboratorieeksperimenter. For å lage en levedyktig brikkefremstillingslitografimaskin, må du utvikle pålitelige teknikker som kan fungere raskt og produsere brikker i bulk.
Etter tre års grubling, bestemte ASML seg i 2000 for å gamble selskapet og prøve å mestre EUV. De var et lite firma, men hvis de kunne klare det, ville de blitt en gigant.
Det var så mange tekniske problemer for å løse det, som Benschop husker, hadde vi ikke momentum til å gjøre det selv. Så ASMLs ledere begynte å ringe opp firmaene som hadde laget komponenter til deres eksisterende maskiner. En samtale gikk til Zeiss, det tyske optikkfirmaet som i årevis hadde laget glasslinser for ASML.
Zeiss sine ingeniører hadde erfaring med EUV – inkludert å lage ekstremt presise linser og speil for røntgenteleskoper. Trikset var å belegge overflaten til EUV-speilene med vekslende lag av silisium og molybden, hver bare noen få nanometer tykk. Sammen produserer de et mønster som reflekterer tilbake så mye som 70 % av EUV-lyset som treffer det.
Problemet var hvordan de skulle poleres. Maskinen ville ende opp med å trenge 11 speil for å sprette EUV-lyset rundt og fokusere det på brikken, snarere som 11 ping-pong-spillere som spretter en ball fra en til en annen mot et mål. Siden målet var å etse brikkekomponenter målt i nanometer, måtte hvert speil være tankevekkende glatt. Den minste feilen ville sende EUV-fotoner på avveie.
TIL VENSTRE: Denne polerte optikken er en del av en energisensor som hjelper til med å kontrollere lysintensiteten inne i litografimaskiner. TIL HØYRE: En nærmere titt på en poleringsenhet. Glassbitene vist her er satt i vinkler for å oppnå riktig skråstilling.
Disse poleringsenhetene brukes til å glatte ut komponenter som går inn i ASMLs EUV-maskin.
Noen få optikk som den som vises øverst til venstre er mekanisk polert. En komponent kan tilbringe mange uker i en flertrinns poleringsprosess, med teknikere som kontrollerer jevnheten ned til nanometerpresisjon.
CHRISTOPHER PAYNEFor å gi en følelse av skala, hvis du tok speilet på badet ditt og sprengte det opp til størrelsen med Tyskland, ville det ha støt rundt fem meter høye. Blåst opp til samme størrelse, ville det jevneste EUV-speilet Zeisss ingeniører ennå hadde laget – for romteleskoper – ha støt bare to centimeter høye. Disse speilene for ASML måtte være jevnere i størrelsesordener: hvis de var på størrelse med Tyskland, kunne deres største ufullkommenhet være mindre enn en millimeter høye. Dette er virkelig de mest presise speilene i verden, sier Peter Kürz, som er ansvarlig for utviklingen av neste generasjon EUV-optikk hos Zeiss.
En stor del av Zeiss sitt arbeid vil være å inspisere speilene for å se etter ufullkommenheter og deretter bruke en ionestråle for å slå av individuelle molekyler, og gradvis jevne ut overflaten over måneder og måneder med arbeid.
Mens Zeiss utviklet speilene, jobbet Benschop og andre ASML-leverandører med sin andre store utfordring: hvordan lage en lyskilde som ville produsere en jevn strøm av EUV.
Det ville forfølge dem i årevis.
For å generere EUV, må du lage et plasma, en kresen fase av materie som bare eksisterer ved ekstremt høye temperaturer. Etter tidlige eksperimenter med å zappe litium med laserpulser for å produsere EUV-lys, byttet de til tinn, som ga større utbrudd.
Relatert historie
Vi er ikke forberedt på slutten av Moores lov Det har gitt næring til velstanden de siste 50 årene. Men slutten er nå i sikte.
På begynnelsen av 2000-tallet, i samarbeid med San Diego-firmaet Cymer og det tyske laserfirmaet Trumpf, hadde ASML bygget noe av en Rube Goldberg-innretning. Det er et oppvarmet kar som holder tinn i flytende tilstand. Den mates inn i en dyse som skyter en dråpe smeltet tinn – en tredjedel av diameteren til et menneskehår, sier Danny Brown, selskapets australskfødte visepresident for teknisk utvikling – ut i den nederste delen av maskinen, og kamerasystemer sporer dens fremgang. Når den når midten av det lysproduserende kammeret, treffer en laserpuls tinndråpen. Tennet i et utbrudd som når en temperatur på omtrent 500 000 K, produserer tinnet et plasma som lyser med EUV-lys. Mekanismen gjentar denne prosessen, skyter og ødelegger tinndråper, 50 000 ganger i sekundet.
Det er ikke enkelt, la oss si det sånn, sier Brown tørt.
Selv om de nå kunne generere EUV-lys, oppdaget Brown og teamet hans raskt nye problemer. Ioner fra tinneksplosjonene ville tette igjen optikken. For å rydde opp i ting, innså de, kunne de pumpe hydrogen inn i lyskammeret, hvor det ville reagere med tinnionene og hjelpe til med å øse dem bort.
Men de kom raskt etter planen. Benschop hadde i utgangspunktet spådd at de ville ha EUV-maskiner i volum innen 2006. I virkeligheten hadde de innen det året kun produsert to prototyper. Prototypene fungerte, etse mønstre finere enn noen litografimaskin i historien. Men de var såre trege. Lyskilden var fortsatt for mager. I litografi er hvert foton viktig; jo tykkere du kan generere dem, jo raskere kan du legge et mønster ned på silisium.
I mellomtiden vokste maskinen til utrolig komplekse dimensjoner. Den inneholdt robotarmer som beveget skiver, motorer som akselererte trådkorset - det store glassstykket som holder mønsteret - til 32 ganger jordens tyngdekraft, og hele 100 000 deler, 3000 kabler, 40 000 bolter og to kilometer med slange. Verre, alt hang sammen: få en del til å fungere, og det ville skape et problem et annet sted. Det viste seg for eksempel at varme fra EUV-lyset mikroskopisk endret dimensjonene til speilene. Det tvang Zeiss og ASML til å utvikle sensorer som ville oppdage enhver endring, og utløste programvare som ville endre speilposisjonene ved hjelp av presisjonsaktuatorer.
Etter hvert som vi rettet opp ett problem, gikk vi videre til det neste, sier Benschop. Hvert fjell du besteg, så du det neste fjellet som var enda høyere.
Mange observatører i mikrobrikkeindustrien, som så ASML falle bak skjema igjen og igjen, regnet med at de ville mislykkes.
Disse turbomolekylære pumpene fjerner luft og andre gasser for å produsere et vakuum inne i EUV-maskinen - avgjørende fordi EUV-lys absorberes av luft. Pumpene spinner med 30 000 RPM og slår ut individuelle gassmolekyler, en etter en.
CHRISTOPHER PAYNENittifem prosent av de smarte pengene trodde at det ikke var noen måte EUV noen gang ville fungere, sier C.J. Muse, en halvlederindustrianalytiker hos Evercore.
Mens ASML slo ned på EUV, utførte de og resten av industrien stadig mer forseggjorte triks for å utvide ytelsen til dypt UV-lys så mye som mulig, for å pakke flere transistorer på brikker. En teknikk, kalt nedsenking, innebar å legge et lag med vann over brikken, som brøt innkommende lys og lot det bli fokusert i et tettere mønster.
Litografiingeniører utviklet også en teknikk for å mønstre og skjære bort på et chiplag flere ganger – det som er kjent som multiple patterning – for å produsere finere detaljer. Sammen presset disse tilnærmingene brikkekomponenter ned til 20 nanometer.
Men disse merkelige innovasjonene gjorde også prosessen med å lage sjetonger mye mer kompleks. Nedsenking krevde å håndtere tilstedeværelsen av vann i den delikate litografiprosessen, ingen enkel oppgave. Og brikkedesignere syntes det var tungt å endre designene sine for å fungere med flere mønstre. Deep UV var tom for damp – og alle visste det.
På midten av 2010-tallet begynte det imidlertid å virke som om EUV endelig kunne komme til unnsetning. Brown og teamet hans hadde dykket ned i den vitenskapelige litteraturen, på jakt etter måter å få mer ut av hver tinndråpe. Som en tidligere universitetsforsker som studerte plasmafysikk, var han kjent i ASML for å ta opp spisse vitenskapelige spørsmål; CTO ga ham spøkefullt en plakett med ordene Scientifically Accurate But Practically Useless.
Denne gangen lønnet det seg imidlertid å suge inn den vitenskapelige litteraturen. Det foreslo konseptet med å treffe hver tinndråpe med laseren to ganger. En første eksplosjon ville flate ut dråpen til en pannekakeform, noe som gjorde det mulig for en andre eksplosjon – milliondeler av et sekund senere – å produsere langt mer EUV. Browns team utviklet en måte å gjøre dette på i stor skala.
Andre funn kom ved en lykkelig ulykke. Ettersom deres evne til å immolere tinn ble bedre, produserte prosessen mer rusk enn hydrogenet kunne rydde opp. Speilytelsen var nedverdigende. Så en dag la de merke til noe morsomt: speilene ble ikke forringet like raskt etter at maskinen hadde blitt åpnet for vedlikehold. Det viste seg at oksygen i luften som kom inn bidro til å reversere forurensningen. ASML bygde sporadisk tilsetning av små mengder oksygen inn i designet.
I midten av 2017 hadde selskapet endelig en fungerende demo som etset sjetonger i et bransjevennlig tempo – 125 wafere i timen. Fra kontoret sitt i San Diego så Brown på demoen i Nederland. Han var opprømt; han hadde skiftet til en hawaiiskjorte og proklamerte at han endelig ville kunne reise på ferie.
Denne tingen var som zzzt zzzt zzzt zzzt , minnes han, og etterligner hastigheten til trådkorset som glider rundt, og robotarmen som glir inn en ny wafer omtrent hvert 30. sekund. Det var den siste dominoen som i utgangspunktet sa: 'Ja, EUV-litografi vil skje.'
Det året begynte ASML endelig å sende ut maskiner som ville revolusjonere chipmaking. Så snart markedet skjønte at ASML hadde monopol på banebrytende verktøy, begynte aksjene å stige og nådde $549 og gjorde selskapets markedsverdi nesten på størrelse med Intels.
Hvis du er en girhode som meg, er maskinen virkelig nydelig å se – et vidunder av ingeniørkunst. Da jeg besøkte Wilton, fulgte de meg bort for å se en massiv blokk med frest aluminium som utgjør den øverste delen av enheten. Den er åtte fot lang, seks fot bred og to fot tykk. Den skinner som chassiset til et romskip, holder glasskorset og har også montert enorme, tønneformede molekylære pumper. Hver pumpe inneholder bittesmå blader som spinner med 30 000 RPM, og suger alle gasser ut av maskinen for å produsere et vakuum inne. De slår faktisk gassmolekylene ut av veien, en om gangen, fortalte Whelan meg.
Man kan hevde at ASMLs viktigste suksess ikke har vært så mye i å lage maskiner som i å måle det. Da jeg dro av meg kanindressen, besøkte jeg maskinbutikken, der enorme glassbiter ble skåret ut til trådkorset. Etter at hvert glassstykke er malt, plasseres det på maskiner som gradvis glatter det ut i hundrevis av timer over flere uker. Som maskinverkstedsjef Guido Capolino fortalte meg, måler de glasset hele tiden for å se hvor mange ufullkommenheter som blir fjernet, og starter med grove mikron. Han gestikulerte mot en poleringsmaskin bak oss, hvor glassbiter sakte dreide seg over en oppslemming av våt poleringsblanding.
Dette eksperimentelle oppsettet på bordet ved ASMLs San Diego-fabrikk brukes til å teste dråpegeneratorsammenstillinger - en del av EUV-maskinens lyskilde.
Speilene inne i litografimaskinen kan samle tinnrester fra EUV-lyskilden. Etter at speilene er renset og polert, brukes denne maskinen til å undersøke dem.
CHRISTOPHER PAYNEVi er nede på angstrom og nanometer for variasjonen her, sa han. Å bruke glass i trådkorset er avgjørende; det deformeres ikke under varme så mye som metall. Men det er djevelsk vanskelig å skjære ut - enda et problem ingeniørene måtte løse sakte.
ASMLs suksess med EUV har vunnet selskapet dyp respekt på tvers av mikrochipindustrien. Chris Mack, en fire-tiårs veteran innen chiplitografi, er for tiden teknologisjef for Fractilia, et firma som lager programvare for chipmaking. Han sier at grunnen til at ASML og dets partnere lyktes – der andre ikke engang turte å prøve – er ren, utholdende utholdenhet.
De skrellet løken, fortalte han. De går, Å, nå har jeg det neste laget. Og så trekker de det laget. Og da vet ingen egentlig om det er råttent i kjernen eller om det kommer til å bli bra. De bare fortsetter å skrelle det. Og til deres ære ga de bare aldri opp.
Nå som de har muligheten til å fortsette å lage mindre og mindre komponenter , kan store firmaer som Intel og TSMC og Samsung bygge stadig raskere og mer strømbesparende brikker.
Designerne våre kan puste lettet ut, sier Intels Sam Sivakumar. Moores lov lever.
Etter hvert som flere EUV-maskiner kommer på nett og kostnadene reduseres, vil teknologien sildre ned til et økende antall dagligdagse enheter. Det eneste stedet som ikke vil dra nytte av EUV-revolusjonen – i hvert fall på kort sikt – er Kina.
En EUV-lyskilde sitter i et testrom i et ASML-renrom.
Bekymret for at Kina utgjør en teknologisk trussel, presset både Trump- og Biden-administrasjonen Nederland med suksess for å forhindre ASML i å selge EUV-maskiner til kunder der.
Kan Kina ganske enkelt lage sine egne EUV-enheter? Noen bransjeobservatører mistenker at det ikke kan det. ASMLs suksess med EUV krevde enormt samarbeid med firmaer basert overalt fra Tyskland og USA til Japan (noe som gjør kjemikalier kritiske for de litografiske maskene). Kina, som er relativt isolert, har liten sjanse alene, ifølge Will Hunt, en analytiker ved Georgetown Universitys senter for sikkerhet og fremvoksende teknologi. Det kan egentlig ikke lukke det gapet, sier han.
Det som er mulig, antyder andre observatører, er at det ganske enkelt vil være en forsinkelse i Kinas evne til å kjøpe EUV-maskiner. Vanligvis jobber Kinas brikkeprodusenter med siste generasjons verktøy som er et skritt bak det som brukes av TSMC i Taiwan, Samsung i Korea eller Intel i USA, sier C.J. Muse. Så når ASMLs første generasjon EUV-maskiner blir litt eldre – noen år fra nå – og industrien går videre til nyere modeller, kan Kina få lov til å kjøpe dem.
Og faktisk jobber ASML allerede med en forbedret versjon av enheten. Den vil kunne fokusere EUV-lys i en enda skarpere grad takket være det som er kjent som en høyere numerisk blenderåpning, slik at den kan etse komponenter som kan være under 10 nanometer brede. Denne EUV-maskinen med høy NA vil ha større speil, noe som krever at hele maskinen også blir større. Intel er for tiden den første kunden for en av disse neste generasjons maskinene, og den forventer å selge sine første brikker bygget med dem innen 2025.
ASML og de fleste observatører regner med at EUV vil hjelpe brikkene frem til minst 2030, og muligens lenger. Tross alt burde noen av triksene som chipdesignere utviklet for å holde dyp UV i gang så lenge, kunne gjentas med EUV.
Men på et tidspunkt i løpet av det neste tiåret eller så, vil chipindustriens ønske om å krympe funksjoner begynne å støte på noen fysiske begrensninger som er enda vanskeligere enn de de nå har overvunnet. For det første begynner kvanteproblemer å dukke opp. De har faktisk allerede: brikkeprodusenter som bruker ASMLs EUV-maskiner må kjempe med stokastiske feil – stråler av EUV-lys går naturlig på avveie, og produserer feil mønstre på brikker. Dette er ikke noen stansende problemer ennå, men de vil rynke brynene mer og mer jo mindre brikkeprodusenter går.
Forutsatt at høy NA holder Moores lov gående til 2030, hva vil ta over da? Bransjeeksperter regner med at ASML vil fortsette å utforske enheter med enda høyere numerisk blenderåpning, slik at de kan fokusere EUV på mindre og mindre punkter. Samtidig ser brikkedesignere på strategier for å forbedre brikker som ikke er så avhengige av ytterligere miniatyrisering, som å utvide arkitekturer oppover og bygge inn i den tredje dimensjonen ved å stable brikkelag. Om hvilken litografiteknologi som kan komme etter EUV, vet ingen ennå. Intels Sivakumar ville ikke spekulere; Mack sa at utenfor EUV med høy NA, er ingenting annet under intensiv utvikling.
Inne i Wiltons rene rom ga Whelan meg en titt på EUV-maskinen deres med høy NA. Han rullet opp en stor garasjedør og førte meg inn i et enormt nytt rent rom på størrelse med en fotballbane. I hjørnet var det en skinnende aluminiumsretikkelseng. Den var akkurat som den jeg hadde sett for den originale EUV-maskinen, men den passet ikke lenger komfortabelt i en stue; den var nesten like stor som en t-banevogn og veide hele 17 tonn. De måtte installere kraner i taket for å flytte det.
Så dette, sa Whelan, kommer til å være maskinen som hjelper oss å fortsette å presse Moores lov inn i fremtiden.
Rettelse: En tidligere versjon av denne artikkelen opplyste at mer enn 1000 EUV-maskiner er installert. I virkeligheten er det mer enn 100.
Clive Thompson er en vitenskaps- og teknologijournalist basert i New York City og forfatter av Coders: The Making of a New Tribe and the Remaking of the World.