De Onzichtbare Helden: ASML en de Wereld van Microchips

In het hart van elk digitaal apparaat —van smartphones tot krachtige supercomputers voor kunstmatige intelligentie— ligt een onzichtbare held: de microchip. De productie van deze essentieel componenten is afhankelijk van een techniek die bekend staat als lithografie, waarmee kleine patronen op siliciumwafels worden gegraveerd. ASML, gevestigd in Nederland, heeft zich gepositioneerd als de belangrijkste speler in de wereldwijde industrie. De EUV (extreem ultraviolet) lithografietechnologie van het bedrijf is onmisbaar geworden, en de ontwikkeling van High-NA (0,55 numerieke opening) belooft de toekomst van halfgeleiders te beïnvloeden.

De Geschiedenis van Lithografie

ASML werd opgericht in 1984, toen de lithografie gebruik maakte van kwikdamplampen. Deze technologie produceerde blauw licht met een golflengte van 436 nm, genoeg om transistors van 1 micrometer (1.000 nm) te drukken. De vraag naar miniaturisatie leidde al snel tot de overstap naar i-line (365 nm), wat de afmetingen kon verlagen tot 220 nm.

Cruciale vooruitgang kwam in de jaren ’80 met het gebruik van excimerlasers, die een nauwkeurigere en stabielere lichtbron boden. De eerste generatie, de KrF (kryptonfluoride) lasers met 248 nm, leidde de weg naar 150 nm en uiteindelijk 80 nm. De volgende generatie, de ArF (argongfluoride) lasers, reduceerde de golflengte tot 193 nm en bereikte afmetingen van 38 nm.

De Ontwikkeling van EUV

Het idee om extreem ultraviolet licht (EUV) te gebruiken, werd in de jaren ’80 verkend. De focus op lange golflengtes van 13,5 nm bood de mogelijkheid om kenmerken 14 keer kleiner te drukken dan met DUV (diep ultraviolet). In 1994 leidde ASML een consortium dat een eerste prototype succesvol ontwikkelde.

• 2006: Eerste EUV-demonstratie gereed gezonden naar het College of Nanoscale Science & Engineering in Albany (VS) en imec in België.
• 2008: Eerste testchips met EUV geproduceerd ondanks de wereldwijde financiële crisis.
• 2010: Introductie van het TWINSCAN NXE:3100, een systematisch preproductiesysteem.
• 2013: Lancering van de NXE:3300, het eerste productie-EUV-systeem.

Na jaren van onzekerheid en uitstel, vestigde EUV zich in 2016 als een levensvatbare technologie.

De Creatie van EUV-Licht

Het genereren van EUV was geen gemakkelijke taak, omdat er geen natuurlijke bron op aarde bestaat. ASML ontwikkelde een radicale techniek waarbij:

1. Gietstukken tin van 25 micrometer met een snelheid van 70 meter per seconde worden afgevuurd.
2. Een eerste laserpul gelijkmatig de druppel in schijfvorm platdrukt.
3. Een krachtige tweede laser de druppel verdampt, waarbij een plasma ontstaat.
4. Dit plasma straalt licht van 13,5 nm uit, dat wordt opgevangen en naar het optische systeem geleid.

Dit proces herhaalt zich 50.000 keer per seconde.

De Sprong naar High-NA

Met de EUV-technologie goed ingeburgerd, gaf ASML een ambitieuze sprongetje met de EUV High-NA, die de numerieke opening verhoogt van 0,33 naar 0,55. Dit betekent een hogere resolutie en de mogelijkheid om 8 nm transistors te drukken met één belichting.

De nieuwe EXE-platform introduceert:

• Hernieuwde optica in samenwerking met ZEISS SMT, wat aberraties vermindert.
• Snellere wafelniveaus en reticules, wat de productiviteit verhoogt.
• Een dichtheid die bijna drie keer hoger is dan bij conventionele EUV-systemen.

De eerste High-NA systemen zijn in december 2023 geleverd en worden verwacht tussen 2025 en 2026 in massaproductie te gaan.

Impact op de Halfgeleiderindustrie

De acceptatie van EUV, met name de High-NA, verandert de toekomstplannen van fabrikanten zoals Intel, TSMC en Samsung:

• Intel is voornemens om de High-NA technologie voor zijn 14A-node te gebruiken, ondanks de hogere kosten.
• TSMC toont zich voorzichtiger en overweegt de adoptie uit te stellen om conventionele EUV te blijven gebruiken voor competitieve prijzen.
• ASML wordt een geostrategische speler, aangezien er geen andere leverancier is die EUV produceert, wat Europa een unieke positie geeft in een sector die gedomineerd wordt door Azië en de VS.

De Toekomst van ASML

Sinds de oprichting in 1984 is ASML geëvolueerd van een producent met kwiklampen naar de enige onderneming die EUV op wereldschaal kan leveren. Vandaag de dag zijn hun machines cruciaal in de productie van geavanceerde chips, en vormen ze een technologische bottleneck: zonder hen zijn smartphones, servers en kunstmatige intelligentie zoals wij die kennen, niet mogelijk.

De toekomst ligt in het blijven verleggen van de grenzen van de natuurkunde en economie: meer precisie in lithografie, hogere productiviteit en duurzame kosten. De uitdaging is enorm, maar ASML heeft bewezen dat ze in dit domein het onmogelijke kunnen waarmaken.