Delší masky ASML zrychlí výrobu o 40 %

Dnešní standardní fotomaska je pro zařízení High-NA příliš krátká, než aby dokázalo na jeden průchod osvítit celé běžné pole čipu. Společnosti ASML a TSMC proto navrhují delší masku, která by původní rozměr pole obnovila. Jejich společné oznámení však zatím popisuje plán vývoje, nikoli fungující systém připravený pro sériovou výrobu.

Jemnější detaily za cenu menšího pole

Fotomaska slouží jako hlavní předloha pro každou vrstvu čipu. Litografické zařízení promítá její vzor na světlocitlivou vrstvu nanesenou na křemíkovém waferu. V dalších výrobních krocích se pak tento obraz mění v elektrické obvody.

Technologie High-NA umožňuje zařízení rozlišovat jemnější struktury. Zkratka NA označuje numerickou aperturu, tedy veličinu vyjadřující rozsah úhlů, pod nimiž dokáže optická soustava přijímat světlo. Podobně jako objektiv mikroskopu sbírající světlo z více směrů umí díky širšímu rozsahu úhlů oddělit detaily, které by jinak splývaly. Výzkumné centrum Imec už jemnější tvorbu struktur pomocí High-NA předvedlo.

Vyšší rozlišení však přináší geometrický kompromis. Běžná optika pro extrémní ultrafialovou litografii (EUV) zmenšuje obraz masky stejnou měrou v obou směrech. U High-NA jej uspořádání zrcadel zmenšuje výrazněji ve směru pohybu zařízení. Obraz ze současné masky proto v této ose pokryje jen polovinu obvyklého pole.

Pokud vrstva čipu kratší pole přesahuje, musí se rozdělit mezi dvě sousední expozice. Zařízení poté oba obrazy zarovná podél spoje uvnitř čipu. Tento postup, označovaný jako „in-die stitching“, tedy spojování expozic v rámci jednoho čipu, zatím výzkumníci ověřují experimentálně.

Navrhovaná obdélníková maska přidává prostor pro vzor právě v ose, kterou optická soustava více stlačuje. Po zmenšení delšího obrazu by tak zařízení znovu pokrylo celé běžné pole. U vrstev, které dnes vyžadují spojování, by maska mohla nahradit dvě expozice jedinou. Sama o sobě však čip nezvětší ani nezvýší počet čipů na jednom waferu.

Odkud se může vzít vyšší rychlost

Pokud větší maska nahradí dvě spojované expozice, počítá ASML se zvýšením výrobní propustnosti přibližně o 40 %. Po odstranění opakované expozice totiž může zařízení začít dříve zpracovávat další wafer.

Čtyřicetiprocentní údaj je ovšem prognózou ASML, nikoli výsledkem nezávislého měření v sériové výrobě. Týká se pouze vrstev, které by jinak vyžadovaly spojování. Konstrukce, jež se vejdou do kratšího pole už dnes, změnou masky mnoho nezískají. Rychlejší expozice navíc automaticky nezvyšuje výtěžnost výroby, tedy podíl čipů, které po dokončení skutečně fungují.

Samotná technologie zařízení je ve vývoji dál než nová maska. Imec už experimentální vzory podrobil nanášení kovových vrstev i elektrickým zkouškám. U vybraných struktur tak ověřil, že přežijí i výrobní kroky následující po prvním přenesení obrazu. Zatímco tisková zkouška ukazuje, zda zařízení dokáže vzor rozlišit, další testy prověřují, zda z něj může vzniknout funkční elektrická struktura. U velké masky společné oznámení žádnou srovnatelnou zkoušku celého procesu neuvádí.

Delší maska vyžaduje přestavbu celého ekosystému

Na pohled jde jen o větší skleněnou desku, její zavedení však vyžaduje úpravu celého výrobního řetězce. Dodavatelé potřebují kompatibilní zařízení pro výrobu, kontrolu, ochranu, přepravu i vkládání masek. ASML, výrobci čipů a dodavatelé vybavení se navíc musí shodnout na společném formátu a ověřit, že se při každém přesunu zachová čistota a přesnost, bez nichž litografie EUV nefunguje.

Podle plánu má být pilotní linka připravena do roku 2031, aby se výrobní systémy mohly začít nasazovat od roku 2033. Jde o vývojové cíle, nikoli o doklad, že pilotní linka už vznikla nebo že výrobní řetězec prošel potřebným ověřením.

Na nový formát proto výrobci čipů čekat nehodlají. Samsung počítá s využitím High-NA pro pokročilé paměťové čipy v roce 2028, zatímco plán TSMC předpokládá výrobu pomocí High-NA od roku 2030. První fázi přechodu tak zajistí současné masky a spojování expozic.

Delší formát má technologii High-NA vrátit plnou velikost expozičního pole a u vhodných vrstev odstranit nutnost spojování. Zda se tím skutečně zvýší produktivita, nyní závisí na tom, zda ASML, výrobci čipů a dodavatelé zařízení dokážou tentýž fyzický formát společně ověřit v celém továrním řetězci.