Äntligen dags för EUV

Så har vi då till slut en produktionslina som använder EUV–teknik. Det tog bara bortåt tio eller femton år längre än vi alla trodde en gång en gång i tiden. Samsung verkar i alla fall bli först ut med volymproduktion.

Måla med roller
Första gången jag fick tillfälle att hålla i en EUV-mask var faktiskt hos Intel i Kalifornien för många år sedan. Jag vill minnas att ”state of the art” på den tiden låg någonstans runt 40 nm och EUV skulle vara en förutsättning för att komma vidare till 28 nm. Det kan till och med ha handlat om ännu grövre processnoder.

Grundproblemet har i alla fall alltid varit detsamma. Halvledare tillverkas via ett antal processteg där varje lagers mönster kopieras från en mask till en wafer. I några av stegen skapas transistorerna och i andra skapas förbindningarna mellan elementen. De mest kritiska stegen kräver en extremt hög precision och en extremt hög skärpa.

Det jobbiga är att försöka exponera strukturer med en upplösning på ett fåtal nm med hjälp av UV-ljus med en våglängd på 193 nm. Man kan utan vidare likna det vid att måla små detaljrika tavlor med hjälp av en roller. Vem som helst kan förstå att något sådant inte är möjligt.

Redan på åttiotalet
Faktum är att många en gång i tiden tvivlade på att det ens skulle vara möjligt att skapa strukturer under 1 µm. Den som var med på åttiotalet minns säkert diskussionen om ”submicron processes”. Steget ner till och under 1 µm var stort och osäkert.

Redan på den tiden fanns det alternativ. Själv var jag inblandad i elektronstråletekniken, via det brittiska halvledarföretaget ES2. De satsade på direktritning på wafern med elektronstråle för att få ökad flexibilitet och bättre upplösning. Tekniken var fullt gångbar, men hopplöst långsam.

Fasskiftsmasker
1 µm visade sig inte vara något större problem. Men när strukturerna började närma sig den ljusvåglängd som användes för exponeringen (i början 248 nm) blev det svårare. Steget från 248 till 193 nm hjälpte inte mycket.

Lösningen blev att använda dubbla masker. På det sättet kunde man utnyttja ljusets fasskiftning och nå en mycket högre upplösning. Det hela liknade magi, men fungerade.

Så här har det fortsatt. Varje ny processgeometri har klassats som ”den sista med vanlig litografi”, men det har alltid gått att hitta nya sätt att lösa problemen. Genom att öka antalet masker per lager (i de mest kritiska lagren) till fyra och till och med åtta har det gått att komma ner till 7 nm och man kan komma ytterligare lite längre.

Problemet är förstås att det blir dyrt och tidsödande att använda så många masker. Dessutom går det inte att utnyttja kiselarean fullt ut. Man kan visserligen skapa en illusion av skärpa, men det är svårare att lägga strukturerna riktigt tätt intill varandra.

EUV
För många år sedan var de flesta överens om att ljusvåglängden måste ner radikalt. Att gå från dagens UV-ljus på 193 nm till extrem UV (EUV) kortar ner ljusvåglängden till ca 12 nm. Det skulle förenkla allt och dessutom göra det möjligt att utnyttja kiselarean bättre.

Men EUV är långtifrån enkelt. Redan att hitta en ljuskälla med tillräckligt hög energi har varit svårt. Att projicera på normalt sätt fungerar inte heller, utan man har tvingats till reflektiva historier. Allt har varit krångligt.

Därför har introduktionen av EUV skjutits framåt processgeneration för processgeneration. Till och med 7 nm kom till slut att bli en traditionell process med allt vad det innebär.

Men nu verkar i alla fall dammluckorna ha sprängts. Samsung tar steget över till EUV för de mest kritiska lagren i sin nya 7 nm-process. TSMC kommer åtminstone att köra EUV på 5 nm-nivån och om några år är troligen de flesta processer under 7 nm baserade på EUV.

Behövs
Vem behöver då den här typen av extrema processer?

Ja, här har vi nog pudelns kärna. För några år sedan såg det ut som om väldigt få konstruktioner skulle kunna dra nytta av processer från 7 nm och därunder. Men förutsättningarna har ändrats ganska radikalt.

Idag ser vi en otroligt snabb utveckling inom AI-teknik för fordon, övervakning och mobiltelefoner. Många fler områden kommer att följa efter, till exempel robotik och industriprocesser.

Här behövs extrema prestanda och extremt låg energiförbrukning. Samtidigt är marknaderna gigantiska. Det här gör att förvånansvärt många projekt både behöver och kan betala för extrema processer. EUV kan mycket väl bli ”mainstream”.

Billigt
Och som vanligt kan vi normala snåljåpar åka snålskjuts. Nya massivt parallella arkitekturer som tas fram för fordon fungerar lika bra för datorer och leksaker. Någon måste alltid betala utvecklingskostnaden, men det behöver inte vara vi.

Det här öppnar upp helt nya möjligheter för alla som behärskar tekniken. Om några år finns det gott om vanvettigt kraftfulla komponenter som kan användas på nya och intressanta sätt. Det gäller bara att hitta nya användningsområden.

Utbildning i AI
Men det handlar också om att behärska tekniken. AI är svårt och en högskola som genomsyras av klimat-, hållbarhets- och genustänkande är inte nödvändigtvis den bästa utgångspunkten. Risken att bli omsprungen av länder som Kina, Taiwan och Singapore är överhängande.

Hittills har de stora satsningarna på AI kommit från Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, men kanske det är möjligt att övertyga politikerna om att satsa en slant från staten också. Det skulle sannerligen behövas.

2 Responses to “Äntligen dags för EUV”

  1. Hög igenkänningsfaktor. Väl skrivet.
    1103 – 1024 – 1970 för de som minns.

  2. Du måste ha luggit (bohusländska) i ordentligt vid besöket i i USA. Tala om sprängda dammluckor! Så omfattande och genomgripande orientering om elektronikens utveckling har jag aldrig tidigare fått.

    Jag började själv med radiorörsbestyckade analoga regulatorer och Philbricks operationsförstärkare med dubbeltrioder. Opampar med transistorer sparade visserligen volym och kylbehov men när det verkligen gällde tillförlitlighet (med MTBF på åtminstone några tusen timmar) så var det SRA och deras långlivsrör som gällde. Transistorerna blev ju bättre med tiden. Gamla OC71 blev 2N2222/2907 och knappt hade vi vant oss vid deras höga tillförlitlighet (trots enkelsidiga pertinaxkort utan genomplätering) förrän uA709 och 741 – alla opampars moder – dök upp. Diskussionen diskret/integrerat pågick några år. Men sedan försvann diskret totalt.

    Flashbacks. Första i4004 med 10,8 us cykeltid och tre(?) matningsspänningar var en sensation. Vi var så fascinerade av teknikens möjligheter att vi ibland aldrig kom hem från labbet och ”bönräknarna” började oroa sig för både vår hälsa och för ekonomin. Att vi skulle få betalt för de där extra timmarna föll oss aldrig in. Men dom trodde att vi jobbade över för pengarna. Torftiga människor som aldrig förstod vad som drev oss.

    Och nu snackar vi 7 nm! Det trodde jag aldrig att jag skulle få uppleva. Vilka möjligheter! Det kan nog bli en och annan sen natt i fortsättningen också.

    Perspektiv. Verkligen. Och tro det eller ej; jag var senast i förra veckan ute på ett pappersbruk och kollade hälsan på en anläggning med enkelsidiga pertinaxkort – utan genomplätering. Den mådde bra. Men eftersom supporten börjar bli bristvara så blir det nog lite modernare grejer om något år. Eller ett par.