ASML sihib pikema maskiga 40% kiirusekasvu

Tänapäevane standardne fotomask on liiga lühike, et suure numbrilise avaga ehk High-NA skanner saaks tavapärase kiibivälja ühe säritusega üle kanda. ASML ja TSMC tahavad kogu välja taastamiseks võtta kasutusele pikema maski. Nende ühisteade kirjeldab siiski arenduskava, mitte töötavat tootmissüsteemi.

Täpsem kujutis, kuid väiksem tööväli

Fotomask on kiibi iga kihi põhimall. Litograafiaskanner projitseerib maskil oleva mustri räniplaadi valgustundlikule kattekihile. Järgnevates tootmisetappides vormitakse sellest kujutisest elektriahelad.

High-NA võimaldab skanneril eristada väiksemaid detaile. NA ehk numbriline ava näitab, kui suure nurga alt suudab optika valgust vastu võtta. Põhimõte sarnaneb mikroskoobi objektiiviga: mida rohkematest suundadest valgus kokku kogutakse, seda paremini saab lahutada detaile, mis muidu ühte sulaksid. Imec on High-NA peenemat mustriloomevõimet juba näidanud.

Suurema täpsusega kaasneb geomeetriline piirang. Tavapärane EUV-optika vähendab maskil olevat mustrit külg- ja pikisuunas võrdselt. High-NA peeglisüsteem vähendab kujutist skanneri liikumissuunas tugevamalt. Praeguse maskiga katab kujutis seetõttu sellel teljel vaid poole tavapärasest väljast.

Kui kiibikiht ulatub lühemast väljast kaugemale, tuleb see jagada kõrvuti paiknevate särituste vahel. Seejärel joondab skanner kujutised kiibi sees asuval liitekohal. Meetodit nimetatakse kiibisiseseks liitmiseks ning teadlased katsetavad seda veel eksperimentaalselt.

Kavandatav ristkülikukujuline mask annab kokkusurutud suunas mustrile rohkem ruumi. Kui optika pikema kujutise väiksemaks projitseerib, täidab see taas tavapärase töövälja. Sobiva kiibikihi puhul võib uus mask asendada kaks liidetavat säritust ühega. Mask ise ei muuda kiipi suuremaks ega suurenda ühele räniplaadile mahtuvate kiipide arvu.

Kust võib tulla kiiruse kasv

ASML prognoosib ligikaudu 40% suuremat läbilaskevõimet, kui suurem mask asendab kahest säritusest koosneva protsessi. Teist säritust ära jättes saab skanner järgmise räniplaadi töötlemist varem alustada.

40% on ASML-i prognoos, mitte sõltumatult mõõdetud tootmistulemus. Võit puudutab kihte, mis vajaksid muidu liitmist. Lühemale väljale juba mahtuvate kiibikujunduste puhul annab maskivahetus vähe juurde. Kiirem säritus ei suurenda ka automaatselt saagist ehk töötavate kiipide osakaalu.

Skanneritehnoloogia arendus on uuest maskist kaugemale jõudnud. Imec on viinud katsemustrid läbi metallikihi sadestamise ja elektrikontrolli, tõendades, et valitud struktuurid säilisid ka esialgsele trükkimisele järgnenud tootmisetappides. Trükkimiskatse näitab skanneri võimet mustrit eristada, hilisemad katsed aga seda, kas mustrist saab töötav elektriline struktuur. Suure maski kohta avaldatud teates samaväärset algusest lõpuni tehtud katset ei kirjeldata.

Pikem plaat nõuab muutusi kogu tööstuses

Fotomask võib näida lihtsalt suurema klaasplaadina, kuid selle kasutuselevõtt eeldab kogu tarneahela ümberseadmist. Tarnijatel on vaja sobivaid seadmeid maski valmistamiseks, kontrollimiseks, kaitsmiseks, transportimiseks ja skannerisse laadimiseks. ASML, kiibitootjad ja seadmetarnijad peavad kokku leppima ühises vormingus ning tõendama, et iga üleandmisetapp säilitab EUV-litograafias nõutava puhtuse ja täpsuse.

Arenduskava järgi peaks katsetootmisliin olema valmis 2031. aastaks, et tootmissüsteemid saaksid kasutusele tulla alates 2033. aastast. Need on arenduseesmärgid. Need ei tõenda, et katsetootmisliin on juba ehitatud või tootmisahel nõuetele vastavaks tunnistatud.

Kiibitootjad ei kavatse uut maskivormingut ära oodata. Samsung on seadnud eesmärgiks kasutada High-NA tehnoloogiat 2028. aastal täiustatud mälukiipide tootmises. TSMC kava näeb High-NA tootmise algust 2030. aastal. Ülemineku alguses kasutatakse praeguseid maske ja kiibisisest liitmist.

Pikema maski eesmärk on taastada High-NA kogu tööväli ja jätta sobivate kiibikihtide puhul ära üks kahest säritusest. Tegelik tootlikkuse kasv sõltub nüüd sellest, kas ASML, kiibitootjad ja seadmetarnijad suudavad sama füüsilise vormingu kogu tehase tootmisahelas kasutuskõlblikuks muuta.