Dulja maska ASML-u donosi 40 % ubrzanja

Današnja standardna fotomaska prekratka je da bi litografski sustav High-NA mogao izložiti uobičajeno cijelo polje čipa u jednom prolazu. ASML i TSMC zato predlažu dulju masku koja bi vratila punu veličinu polja. Njihova zajednička objava, međutim, opisuje razvojni plan, a ne proizvodni sustav koji je već spreman za uporabu.

Više detalja na manjoj površini

Fotomaska je glavni predložak za svaki sloj čipa. Litografski sustav projicira uzorak s maske na fotoosjetljivu prevlaku silicijske pločice, nakon čega se u daljnjim proizvodnim koracima ta slika pretvara u elektroničke sklopove.

High-NA omogućuje sustavu da razluči sitnije elemente. Kratica „NA” označava numeričku aperturu, odnosno raspon kutova pod kojima optički sustav može primati svjetlost. Princip je sličan mikroskopskom objektivu koji prikuplja svjetlost iz više smjerova: dodatni kutovi omogućuju razdvajanje pojedinosti koje bi se inače stopile. Imec je već pokazao finije oblikovanje uzoraka tehnologijom High-NA.

Ta veća razlučivost ima geometrijsku cijenu. Uobičajena EUV optika podjednako smanjuje uzorak s maske u oba smjera. Raspored zrcala u sustavu High-NA snažnije ga smanjuje u smjeru kretanja litografskog uređaja, pa slika dobivena sadašnjom maskom duž te osi pokriva samo polovicu uobičajenog polja.

Ako se sloj čipa proteže izvan toga skraćenog polja, mora se podijeliti između dviju susjednih ekspozicija. Sustav potom poravnava slike na unutarnjem spoju. Taj se postupak naziva spajanjem unutar čipa, a istraživači ga trenutačno ispituju u pokusnim uvjetima.

Predložena pravokutna maska nudi više prostora za uzorak u smjeru u kojem ga optika sažima. Kada optički sustav smanji tu dulju sliku, ona ponovno može ispuniti cijelo uobičajeno polje. Na slojevima za koje je prikladna, dulja bi maska mogla zamijeniti dvije spojene ekspozicije jednom. Sama po sebi ne bi povećala ni površinu čipa ni broj čipova na silicijskoj pločici.

Odakle bi moglo doći ubrzanje

Prema ASML-ovoj procjeni, veća maska mogla bi donijeti približno 40 posto veću propusnost kada zamijeni postupak s dvjema spojenim ekspozicijama. Uklanjanjem ponovljene ekspozicije sustav može ranije prijeći na sljedeću silicijsku pločicu.

Riječ je ipak o ASML-ovoj prognozi, a ne o neovisno izmjerenom rezultatu u proizvodnji. Dobitak se odnosi na slojeve koji bi bez dulje maske zahtijevali spajanje, dok konstrukcije koje već stanu u skraćeno polje tom promjenom dobivaju malo. Brža ekspozicija ujedno ne jamči veći proizvodni prinos, odnosno veći udio ispravnih čipova.

Tehnologija litografskog sustava razvijenija je od nove maske. Imec je pokusne uzorke podvrgnuo taloženju metala i električnim provjerama, čime je pokazao da su odabrane strukture preživjele proizvodne korake nakon početnog otiskivanja. Prvim se ispitivanjem provjerava može li sustav razlučiti zadani uzorak, a naknadnim postupcima može li taj uzorak postati funkcionalna električna struktura. U objavi o velikoj maski nema usporedivog prikaza cijelog postupka.

Dulja ploča mijenja cijeli proizvodni lanac

Fotomaska na prvi pogled može djelovati tek kao veći komad stakla, no njezino uvođenje zahtijeva prilagodbu cijeloga proizvodnog sustava. Dobavljači moraju razviti odgovarajuću opremu za izradu, pregled, zaštitu, prijevoz i umetanje nove maske. ASML, proizvođači čipova i dobavljači opreme moraju se usuglasiti o zajedničkom formatu te dokazati da se u svakom koraku čuvaju čistoća i preciznost koje zahtijeva EUV litografija.

Prema razvojnom planu, pokusna bi proizvodna linija trebala biti spremna do 2031., kako bi sustavi mogli ući u proizvodnju od 2033. godine. Ti rokovi označavaju razvojne ciljeve, a ne potvrdu da je pokusna linija već izgrađena ili da je proizvodni lanac prošao potrebne provjere.

Proizvođači čipova neće čekati novi format. Samsung je predstavio plan za primjenu tehnologije High-NA u naprednim memorijskim čipovima od 2028., dok TSMC-ov plan predviđa proizvodnju uz High-NA od 2030. godine. Početna faza prijelaza zato će se oslanjati na postojeće maske i spajanje ekspozicija.

Dulji format trebao bi tehnologiji High-NA vratiti puno polje te, na slojevima za koje je prikladan, ukloniti potrebu za jednom ekspozicijom i naknadnim spajanjem. Hoće li to doista donijeti najavljen rast produktivnosti, ovisit će o tome mogu li ASML, proizvođači čipova i dobavljači opreme osposobiti isti fizički format za svaki korak tvorničkog proizvodnog lanca.