ASML’s euv-technologie moet nog een paar jaar rijpen
Ondanks dat er nu in groten getale chips mee worden geproduceerd, heeft euv-lithografie nog een lange weg te gaan. Het duurt misschien nog wel drie jaar voordat de technologie hetzelfde volwassenheidsniveau bereikt als duv.
Toen TSMC vorig jaar euv-lithografie introduceerde voor de productie van halfgeleiders op grote schaal, deed het dat voorzichtig. Om het gebruik van multipatterning te verminderen, bevatte het zogeheten N7+-proces maximaal vier lagen met euv-patronen. Voor zijn opvolger, het N5-knooppunt, loopt dat aantal op tot maximaal veertien lagen. Halverwege 2022, wanneer de productie van het 3 nm-knooppunt (N3) volledig operationeel is, zullen meer dan twintig lagen per chip worden geprint met een euv-scanner, vertelde ASML-topman Peter Wennink onlangs aan investeerders (zonder TSMC specifiek te noemen).
Hoe gaat TSMC al die lagen drukken? Nou, één optie is om veel machines te installeren. De Taiwanese foundry zegt nu al dat het de helft van alle euv-tools ter wereld in gebruik heeft en volgens Digitimes heeft het bedrijf net een order geplaatst voor nog eens dertien machines. Omdat vloeroppervlak in chipfabrieken extreem duur is, geven TSMC en andere toonaangevende chipbakkers er de voorkeur aan om zo min mogelijk euv-scanners te installeren. Ze kopen liever machines die meer wafers per uur, dag of week produceren.
Productiviteit
Dit motto gold een jaar geleden, en geldt nog steeds. ‘Geef ons meer euv-wafers’, is wat klanten consequent blijven vragen, aldus Wennink. Uiteindelijk zouden chipmakers graag zien dat de karakteristieken van euv-systemen overeenkomen met die van hun veel volwassenere duv-tegenhangers, terwijl ze hun superieure beeldvormingscapaciteiten uiteraard behouden.
ASML zou graag aan die wensen tegemoetkomen, maar zoals bij elke technologietransitie kost dit tijd. ‘De hele branche beweegt mee in die groei en zal de komende een of twee jaar blijven doorgroeien voordat we echt op de volwassenheidsniveaus zitten die we bij duv zagen’, aldus Wennink.
Volgens een andere statistiek kan het wat langer duren. In een video-interview op de website van ASML zegt cfo Roger Dassen dat de brutomarge van euv over twee tot drie jaar die van duv zal benaderen. De brutomarge is een goede indicator van de volwassenheid, want zodra ASML’s euv-activiteiten even winstgevend zijn als de duv-activiteiten kun je redelijkerwijs stellen dat euv volwassenheid heeft bereikt. Tot nu toe betekende de lagere productiviteit van euv-scanners dat ASML genoegen moest nemen met lagere brutomarges dan het gewend is bij andere productlijnen. Elke keer dat een nieuw model wordt gelanceerd, creëert het echter meer toegevoegde waarde voor klanten, waardoor de winstgevendheid van de euv-activiteit toeneemt (ervan uitgaande dat de kosten onder controle worden gehouden).
Om een voorbeeld te geven: ASML heeft onlangs een nieuw model gelanceerd, de Twinscan NXE:3600D, dat de productiviteit met 18 procent verhoogt tot maximaal 160 wafers per uur. Volgens Dassen stellen deze en andere verbeteringen ASML in staat de verkoopprijs van de tool met 10 tot 15 procent te verhogen.
Kansen
Het is echter duidelijk dat er nog een lange weg te gaan is voordat euv-scanners meer dan 275 wafers per uur uitspugen, zoals hun duv-tegenhangers. Hetzelfde geldt voor uptime. Terwijl duv-tools zonder moeite 98 of 99 procent van de tijd operationeel zijn, schommelt de gemiddelde uptime van euv momenteel rond de 90 procent.
Stapsgewijze verbeteringen in het systeemontwerp zullen helpen om zowel de doorvoer als de uptime te verbeteren. Zo heeft ASML het afgelopen jaar een versnelling doorgevoerd in het verwisselen van de collector (de spiegel in de euv-lichtbron die regelmatig moet worden schoongemaakt) en het hervullen van het tinreservoir (tindruppeltjes worden ‘geplasmatiseerd’ om euv-licht te produceren). En binnenkort verwacht het een nieuwe generatie pellicles te introduceren die minder van het kostbare euv-licht absorberen, waardoor de doorvoer wordt verhoogd voor chipmakers die deze maskerbeschermende membranen gebruiken.
Bovendien is het een leerproces, voor zowel ASML als de industrie, benadrukt Wennink. Hoe langer euv-systemen in het veld actief zijn, hoe meer mogelijkheden zich aandienen om hun engineering en gebruik te optimaliseren.
