Cymerは1秒間に5万滴のスズ液滴にレーザーを照射し、3nmチップを印刷する光を作り出した

2000年代までに業界は波長を使い果たしていた。ムーアの法則を予定通りに進めるため、チップメーカーは13.5nmのリソグラフィを必要としていたが、それを生成できるレーザーは存在せず、透過できるレンズもなかった。光は、スズ原子をSn IXからSn XIVの電荷状態まで剥ぎ取るほど高温のプラズマから生み出す必要があり、その発光線は13.5nmに集中する。これを1秒に5万回、何年にもわたって、真空容器内で、その輝きを集める光学系を損傷することなく作り出さなければならなかった。

明白な試みは失敗した。固体スズターゲットを燃やすと集光ミラーが破片で覆われ、放電方式は低出力で侵食する電極を爆発域に置くことになった。すでにほとんどのチップスキャナ向けに深紫外光源を製造していたサンディエゴのCymerは、液滴供給方式の答えに何年も資本を投じた。約25ミクロンの溶融スズ滴を70m/sで射出するジェネレータ、各液滴を低密度のパンケーキ状に膨張させるプリパルス、そしてそれをイオン化して13.5nmで発光するプラズマにする10.6ミクロンのCO2メインパルスで、変換効率5〜6%、約250ワットの使用可能な光を得た。

EUVで唯一生き残っているリソグラフィシステムメーカーであるASMLは、光源は他人の手に委ねるには重要すぎると判断した。2012年10月17日、ASMLはCymerを現金と株式で19億5000万ユーロで買収することに合意した。1株あたり20.00ドルに加えてASML株1.1502株、61%のプレミアムであり、明示的に「EUVの開発を加速するため」とされた。その時点でASMLの試作NXE:3100スキャナは顧客サイトで既に23,000枚以上のウェハを露光していた。

取引は2013年5月30日に約37億ドルで完了し、ASMLの株価がほぼ倍増したため発表時より高額になった。CymerはASMLの米国拠点の光源部門として運営を続け、競合スキャナメーカーにも独立した立場で供給を続けた。

プラズマに液滴を供給し、ターゲットを自己再生させる

13.5nmで実用的な発光体はスズだけであるため、本当の設計課題はプラズマそのものではなく、プラズマに耐えることだった。液滴はターゲットを使い捨てにすることでこれを解決する。

二重パルス方式は燃焼前にターゲットを整形する。プリパルスでパンケーキ状にすることでCO2パルスが効率的に結合し、変換効率を製造に必要な5〜6%まで押し上げる。

水素ガスは付着したスズをスタンナンガスに変換して排気するため、集光ミラーは装置を停止することなくその場で自己洗浄される。

ASMLはEUV計画をサプライヤーとの交渉に賭けるのではなく、光源メーカーを買収した。垂直統合により、サプライチェーンから最もリスクの高い単一コンポーネントが取り除かれた。

あるコンポーネントが自身の仕事によって破壊され続けるなら、頑丈にするのをやめ、使い捨てにして継続的に供給せよ。自己再生する消耗品は装甲に勝る。

現在、最先端のチップ工場はすべてこのアーキテクチャで稼働している。ASMLはEUVリソグラフィシステムを販売する唯一の企業であり、現行世代の光源は中間焦点で約250Wの帯域内パワーを供給し、High-NAシステムは500Wを目標としている。集光ミラーは依然として劣化するため（10億パルスあたり約0.1〜0.3%の反射率低下）、おおよそ年に一度交換され、スズ液滴ジェネレータは機械の心臓部であり続けている。13.5nmの光でパターニングされたチップは、事実上すべての現代のスマートフォンとデータセンター用プロセッサに搭載されている。