ASML vil øge chiptempoet 40 %

Dagens standardmaske er for kort til, at en High-NA-scanner kan eksponere et konventionelt, fuldt chipfelt i én arbejdsgang. ASML og TSMC foreslår derfor en længere maske, som skal genoprette det fulde felt. Deres fælles udmelding beskriver dog en udviklingsplan, ikke et produktionsklart system.

Skarpere detaljer på et mindre felt

En fotomaske er grundskabelonen for hvert lag i en chip. Litografiscanneren projicerer maskens mønster på en lysfølsom belægning på en siliciumskive. De efterfølgende produktionstrin omdanner billedet til elektroniske kredsløb.

High-NA gør scanneren bedre til at skelne meget små strukturer. NA står for numerisk apertur og angiver, hvor stort et interval af lysvinkler optikken kan opfange. Princippet minder om et mikroskopobjektiv, der indsamler lys fra flere retninger og dermed kan adskille detaljer, som ellers ville flyde sammen. Forskningscentret Imec har demonstreret finere mønstre med High-NA.

Den højere opløsning har en geometrisk pris. Konventionel EUV-optik formindsker maskens mønster lige meget vandret og lodret. High-NA-systemets spejle formindsker det kraftigere i scannerens bevægelsesretning. Med den nuværende maskestørrelse dækker billedet derfor kun halvdelen af det konventionelle felt langs denne akse.

Hvis et chiplag er større end det forkortede felt, må det deles mellem to tilstødende eksponeringer. Scanneren skal derefter få billederne til at mødes præcist langs en intern samling. Metoden kaldes »in-die stitching« og bliver fortsat afprøvet eksperimentelt.

Den foreslåede rektangulære maske giver mere plads til mønstret i den retning, hvor billedfeltet ellers bliver klemt. Når optikken formindsker det længere billede, kan det igen udfylde et konventionelt felt. På de lag, hvor teknikken kan anvendes, kan én eksponering dermed erstatte to eksponeringer med en samling imellem. Masken gør ikke i sig selv chippen større og øger heller ikke antallet af chips på hver siliciumskive.

Herfra skal hastighedsgevinsten komme

ASML forventer en stigning i kapaciteten på omkring 40 %, når den større maske erstatter en proces med to sammensatte eksponeringer. Mekanismen er enkel: Når scanneren slipper for at gentage eksponeringen, kan den hurtigere begynde på næste siliciumskive.

De 40 % er fortsat ASML’s prognose og ikke et uafhængigt målt resultat fra produktionen. Gevinsten gælder kun de lag, som ellers skulle deles. Design, der allerede kan være inden for det kortere felt, får kun beskeden fordel af maskeskiftet. En hurtigere eksponering giver heller ikke automatisk et højere produktionsudbytte, altså en større andel fungerende chips.

Selve scannerteknologien er længere fremme end den nye maske. Imec har ført forsøgsmønstre videre gennem metalaflejring og elektriske test. Dermed har centret vist, at udvalgte strukturer kunne overleve flere produktionstrin efter den første eksponering. Trykforsøget viser, om scanneren kan opløse mønstret; de efterfølgende trin viser, om mønstret kan blive til en fungerende elektrisk struktur. Udmeldingen om den store maske indeholder ingen tilsvarende demonstration af hele processen.

Den længere glasplade ændrer en hel forsyningskæde

Masken ligner måske blot et større stykke glas, men indførelsen kræver en omlægning i hele industrien. Leverandørerne skal udvikle kompatibelt udstyr til at fremstille, kontrollere, beskytte, transportere og indlæse masken. ASML, chipproducenterne og udstyrsleverandørerne skal samtidig enes om et fælles format og dokumentere, at hvert led bevarer den renhed og præcision, som EUV-litografi kræver.

Ifølge planen skal formatet være klar til pilotlinjer i 2031, så produktionssystemer kan følge fra 2033. Årstallene er udviklingsmål. De dokumenterer hverken, at pilotlinjen er bygget, eller at produktionskæden er godkendt.

Chipproducenterne venter ikke på det nye format. Samsung har fremlagt en plan om at anvende High-NA til avancerede hukommelseschips i 2028, mens TSMC’s køreplan placerer High-NA-produktion fra 2030. I den første overgangsperiode må producenterne derfor klare sig med de nuværende masker og sammensatte eksponeringer.

Det længere format skal give High-NA det fulde billedfelt tilbage og fjerne en samling på de lag, hvor masken kan bruges. Den lovede produktivitetsgevinst bliver først reel, når ASML, chipproducenterne og udstyrsleverandørerne har fået det samme fysiske format godkendt i samtlige led af fabrikskæden.