По-дългата маска ускорява ASML с 40%

Стандартната фотомаска днес е твърде къса, за да може литографска машина с висока числена апертура да експонира обичайното пълно поле на чипа с едно преминаване. АСМЛ и Ти Ес Ем Си предлагат по-дълга маска, която да възстанови това поле. Съвместното им съобщение обаче описва план за разработка, а не работеща производствена система.

По-фини детайли върху по-малко поле

Фотомаската е основният шаблон за всеки слой на чипа. Литографската машина проектира изображението от нея върху светлочувствително покритие на силициевата пластина. Следващите производствени етапи превръщат отпечатания модел в електрически вериги.

Високата числена апертура позволява на машината да различава по-малки елементи. Числената апертура измерва диапазона от ъгли, под които оптичната система може да приема светлина. Принципът наподобява микроскопски обектив, който събира светлина от повече посоки: допълнителните ъгли помагат да се разграничат детайли, които иначе биха се слели. Аймек вече е демонстрирал по-фино структуриране с висока числена апертура.

По-добрата разделителна способност има геометрична цена. Конвенционалната оптика за екстремна ултравиолетова литография намалява изображението от маската еднакво по хоризонтала и вертикала. При системите с висока числена апертура разположението на огледалата го свива по-силно по посоката, в която се движи скенерът. Затова при сегашната маска изображението покрива само половината от обичайното поле по тази ос.

Ако даден слой на чипа излиза извън скъсеното поле, той трябва да бъде разделен между две съседни експозиции. След това машината напасва изображенията по вътрешна граница. Процесът се нарича „съшиване в рамките на кристала“ и в момента се изпитва експериментално.

Предложената правоъгълна маска осигурява повече място за шаблона по свитата ос. След като оптиката намали удълженото изображение, то отново може да запълни стандартното поле. При подходящите слоеве една експозиция би могла да замени две експозиции със съшиване. Самата промяна няма да увеличи нито размера на чипа, нито броя на чиповете върху една пластина.

Откъде може да дойде ускорението

Според прогнозата на АСМЛ производителността може да нарасне с около 40 %, когато по-голямата маска замени процеса със съшиване. Обяснението е пряко: отпадането на повторната експозиция позволява на машината да започне обработката на следващата пластина по-рано.

Тези 40 % са прогноза на АСМЛ, а не независимо измерен резултат от серийно производство. Ползата се отнася до слоевете, които иначе трябва да бъдат съшивани. Проектите, побиращи се в по-късото поле, почти няма да спечелят от новата маска. По-бързата експозиция също не означава непременно по-висок производствен добив, тоест по-голям дял работещи чипове.

Технологията на скенера е на по-напреднал етап от новата маска. Аймек е подложил експериментално отпечатани структури на метализация и електрически изпитвания. Резултатите показват, че избрани структури са преминали успешно и през следващите производствени операции. Първоначалното отпечатване проверява дали скенерът може да различи шаблона, докато последващите изпитвания установяват дали той може да се превърне в работеща електрическа структура. В съобщението за голямата маска не се посочва съпоставима демонстрация на целия процес.

По-дългата пластина променя цялата индустрия

Маската може да изглежда просто като по-голямо парче стъкло, но въвеждането ѝ изисква преоборудване на цяла производствена екосистема. Доставчиците трябва да разработят съвместими системи за изработване, проверка, защита, превоз и зареждане на маските. АСМЛ, производителите на чипове и доставчиците на оборудване трябва да приемат общ формат и да докажат, че при всяко прехвърляне се запазват чистотата и точността, необходими за екстремната ултравиолетова литография.

Планът предвижда технологията да бъде готова за пилотни линии до 2031 г., така че производствени системи да могат да се появят от 2033 г. Това са цели за разработката, а не доказателство, че пилотна линия вече е построена или производствената верига е преминала необходимото одобрение.

Производителите на чипове няма да чакат новия формат. Самсунг планира да използва литография с висока числена апертура за усъвършенствани памети през 2028 г., а графикът на Ти Ес Ем Си предвижда производство с тази технология от 2030 г. В началния етап ще се използват сегашните маски и съшиването на експозиции.

По-дългият формат трябва да възстанови пълното поле при литографията с висока числена апертура и да премахне една експозиция при подходящите слоеве. Дали това ще се превърне в реален ръст на производителността зависи от способността на АСМЛ, производителите на чипове и доставчиците на оборудване да въведат един и същ физически формат по цялата фабрична верига.