チップ製造に関しては、小さいほど良いです。 つまり、より小さいトランジスタは、より多くの機能をより小さな領域に詰め込むチップにつながり、これは歴史的に製品の継続的な改善と低コストをもたらし、密度は2年ごとに倍増します。 しかし、近年、この改善は鈍化しています。これは、一部には、従来のリソグラフィーツールを使用して、より小さなチップに必要なより小さなラインを作成することが難しくなっているためです。 業界のブレークスルーに対する大きな期待は、極端紫外線（EUV）リソグラフィと呼ばれるものです。
私は長年にわたってEUVについて書いてきましたが、約10年前にSUNYとIMECのチップ製造研究施設に最初のテストマシンが設置されました。 大手半導体メーカーは長年にわたってEUVマシンのテストを行ってきましたが、最近ではマシンのアップグレードと新しいモデルのインストールを行っており、7nmおよび5nmの製造ノードでEUVをどのように使用するかについて公然と話し合っています。
最近、EUVシステムの最も重要なコンポーネントのいくつかが、ニューヨークから約45マイル離れたコネチカット州ウィルトンで製造されていることを知って少し驚きました。
まず、いくつかの背景。 現在使用している電子機器のチップはすべて、フォトリソグラフィによるパターニングを含む複雑な一連のステップで製造されます。フォトリソグラフィでは、光がマスクを通過してシリコンウェハに到達し、材料をウェハに堆積し、不要な部分を連続してエッチングして製造しますトランジスタとチップの他のコンポーネント。 通常、単一のチップが複数のリソグラフィー手順を経て、複数のレイヤーを作成します。 現在のほぼすべての主要なチップでは、メーカーは193nm液浸リソグラフィ、またはDUV（深紫外線）リソグラフィと呼ばれるプロセスを使用します。このプロセスでは、193nmの波長の光が液体を介してフォトレジストに屈折し、これらのパターンが作成されます。
この種のリソグラフィには、パス上に作成できるラインのサイズに限りがあるため、多くの場合、チップメーカーは提案された設計を作成するために単一層を複数回パターニングすることになりました。 実際、ダブルパターニングは現在ではありふれたものであり、Intelや他のメーカーの最新世代のチップは、セルフアラインクワッドパターニング（SAQP）と呼ばれる技術を使用しています。 しかし、パターニングの各追加ステップには時間がかかり、パターンを正しく位置合わせする際にエラーが発生すると、各チップを完全に作成することが難しくなり、良好なチップの歩留まりが低下します。
極端紫外線（EUV）リソグラフィは、13.5nmのより短い波長の光を使用します。 これにより、はるかに細かい機能をパターン化できますが、多くの技術的課題ももたらします。 かつて私に説明されたように、あなたは時速150マイルで溶融スズを噴霧し、それを分配するためにプレパルスでレーザーを当て、それを別のレーザーで爆発させてプラズマを生成し、その後光をバウンスすることから始めますミラーを使用してビームを作成します。ビームは正確に正しい場所でウェーハに当たる必要があります。 言い換えれば、1インチゾーンの野球を1日に100億回、スタンドのまったく同じ場所に打とうとするようなものです。 この作業を行うには、光に電力を供給する強力なプラズマエネルギー源が必要であり、非常に複雑であるため、プロセスではシステム内のすべての部品を正確に位置合わせする必要があります。
この複雑さのために、リソグラフィツールのオランダの大手メーカーであるASMLは、EUVマシンを製造する唯一の企業であり、デバイスには多くの施設の部品とモジュールが必要です。 ASMLフェローチップメイソン氏によると、ウィルトンの工場は現在、光学および精密機械のDUVおよびEUVマシン用の重要なモジュールを製造しています。
特に、ウィルトン工場は、現在のTwinscan NXE：3350Bマシンの上位3分の1を占めるモジュールを製造します。このモジュールは、レチクルステージを処理および正確に調整し、パターンを作るために光を当てるマスクを保持します。ウェーハアライメントおよびレベリングセンサーも同様です。 最上位モジュール自体は、工場で生産された他のモジュールで構成されています。
ASMLウィルトンのゼネラルマネージャーであるビルアマルフィターノは、EUVマシンで、上部モジュールがレチクルを処理し、下部がウエハーを処理し、中央がZeiss製の非常に高精度の光学部品を処理する方法を説明しました。
メイソンが説明したように、レチクルと光学系の正確な位置決めとアライメントは、チップの製造に不可欠です。 これを行うために、ウィルトンのチームは、オランダのチーム、サンノゼの計算リソグラフィーグループ、および計測グループと協力しています。 この機械は、物事の場所を絶えず測定し、「全体的なリソグラフィ」として知られるプロセスで補正をフィードバックします。 すべての部品はオランダのベルドホーフェンにあるASMLに返送され、そこで完全なシステムに統合されます。
最終的なマシンは非常に大きく、ほぼ部屋サイズです。 メイソンは、新しい世代のリソグラフィツールはそれぞれ、より大きな機械でより小さな機能を作成するというより困難なプロセスをもたらしていると指摘しています。 この時点で、彼は、誰もプロセス全体の専門家になることができないため、工場内と他の会社の場所の両方で多大なチームワークを必要とすると言いました。
「簡単だったのは10年前とは違います」とメイソンは冗談を言い、古いプロセスも「当時は不可能だと思っていた」と述べました。
複雑ですが、現在のEUVマシンは終わりではありません。 メイソン氏は、より微細な機能を印刷できるように、ホリスティックリソグラフィの改善と追加の光近接効果補正機能とともに、高NA（開口数）EUVに取り組んでいると述べました。 トランジスタ密度の改善は「重要な仕事」であり、施設の従業員は新しい技術を提供する責任を感じているとメイソンは述べた。
ASMLウィルトンGMビルアマルフィターノと一緒に工場を見学する機会がありました。彼は、900, 000平方フィートの施設内の90, 000平方フィートのクリーンルームで製造が行われたと説明しました。
クリーンルームは約2階建てに相当するようであり、フルツインスキャンEUVマシンなどの最新の機器のいくつかにとってはそれでもきついようです。 それはすべて非常によく組織されているようで、最終的なモジュールに入るさまざまなサブシステムを作成するためのさまざまなステーションと、すべてが機能別に色分けされています。
この種の仕事がコネチカットでどのように終わったかについて私は興味がありました。 どちらも長年施設で働いているメイソンとアマルフィターノは、パーキンス・エルマーがノーウォークでパーキンス・エルマーがハッブル望遠鏡の鏡などの高度な光学系を作成していたときにすべてが始まったと説明しました。 その会社は、1960年代後半にリソグラフィーツールの開発を開始し、最終的にMicralignツールの主要サプライヤーの1つになりました。 Perkins-Elmerは1990年にこの部門をSilicon Valley Groupに売却し、Silicon Valley Group Lithography（SVGL）と改名しました。これは2001年にASMLに買収されました。
その過程で、施設は拡大し続けているとアマルフィターノは説明した。 現在、ASMLの総従業員数約16, 000人のうち1, 200人以上を雇用しています。
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