Hosszabb maszkkal gyorsítana az ASML

A jelenlegi szabványos fotómaszk túl rövid ahhoz, hogy egy nagy numerikus apertúrájú, úgynevezett High-NA szkenner egyetlen menetben levilágítsa a hagyományos méretű teljes chipmezőt. Az ASML és a TSMC hosszabb maszkkal állítaná helyre az eredeti mezőméretet, közös bejelentésük azonban egyelőre fejlesztési ütemtervről, nem pedig működő gyártási rendszerről szól.

Finomabb részletek, kisebb képmező

A fotómaszk a chip egyes rétegeinek mestersablonja. A litográfiai szkenner ennek mintázatát vetíti a szilíciumszelet fényérzékeny bevonatára; a későbbi gyártási lépések ebből alakítják ki az áramköröket.

A High-NA technológia kisebb részleteket is meg tud különböztetni. Az NA a numerikus apertúra rövidítése: azt mutatja meg, milyen tartományból képes befogadni a fényt az optikai rendszer. A működése ahhoz hasonlítható, amikor egy mikroszkóp objektívje több irányból gyűjti össze a fényt. A szélesebb szögtartomány révén olyan részletek is elkülöníthetők, amelyek egyébként összemosódnának. Az Imec kutatóintézet már bemutatta, hogy a High-NA finomabb mintázatok létrehozására képes.

A jobb felbontásért kisebb képmezővel kell fizetni. A hagyományos extrém ultraibolya, vagyis EUV-optika oldalirányban és függőlegesen azonos arányban kicsinyíti le a maszk mintázatát. A High-NA tükörrendszere viszont a szkenner haladási irányában erősebben kicsinyít. Emiatt a jelenlegi maszkkal létrehozott kép e tengely mentén csak feleakkora területet fed le, mint a hagyományos mező.

Ha egy chipréteg nem fér el ebben a rövidebb mezőben, két szomszédos levilágításra kell bontani. A szkenner ezután a chip belsejében futó illesztési vonal mentén igazítja egymáshoz a két képet. Ezt az eljárást chipen belüli illesztésnek, angolul „in-die stitchingnek” nevezik; a kutatók jelenleg kísérletekben vizsgálják a működését.

A javasolt téglalap alakú maszk abban az irányban kínálna több helyet a mintázatnak, amelyben az optika erősebben kicsinyít. A hosszabb képből így a lekicsinyítés után ismét kitölthető lenne a hagyományos mező. Az erre alkalmas rétegeknél egyetlen levilágítás válthatná fel a két összeillesztett felvételt. A hosszabb maszk önmagában sem a chipeket nem növelné meg, sem az egy szilíciumszeletre jutó darabszámot nem emelné.

Honnan jöhet a gyorsulás?

Az ASML számításai szerint a nagyobb maszk mintegy 40 százalékkal növelheti az áteresztőképességet, ha egy kétlépcsős, illesztést igénylő eljárást vált ki. A gyorsulás abból adódna, hogy az ismételt levilágítás elhagyásával a szkenner hamarabb kezdhetné meg a következő szilíciumszelet feldolgozását.

A 40 százalék az ASML előrejelzése, amelyet üzemi körülmények között végzett, független mérés még nem igazolt. Az előny csak azoknál a rétegeknél jelentkezne, amelyekhez máskülönben két levilágítás kellene. A rövidebb mezőbe eleve beleférő terveknél a maszkcserétől alig várható gyorsulás. A rövidebb levilágítási idő ráadásul nem javítja automatikusan a gyártási kihozatalt, vagyis a hibátlanul működő chipek arányát.

Maga a szkennertechnológia előrébb tart, mint az új maszkformátum. Az Imec kísérleti mintázatokon fémréteget alakított ki, majd elektromos vizsgálatokat is végzett. Ezzel igazolta, hogy bizonyos szerkezetek a kezdeti levilágítást követő gyártási folyamatot is kibírják. A nyomtatási próba azt méri, fel tudja-e bontani a szkenner a kívánt mintázatot; a további lépések pedig azt, létrehozható-e belőle működő elektromos szerkezet. A nagyméretű maszkról szóló bejelentés nem számol be hasonló, teljes gyártási láncot átfogó demonstrációról.

A hosszabb lemezhez az egész iparágnak alkalmazkodnia kell

A maszk látszólag csak egy nagyobb üveglemez, bevezetése mégis a teljes beszállítói rendszer átállítását igényli. A gyártásához, ellenőrzéséhez, védelméhez, szállításához és a szkennerekbe helyezéséhez egyaránt kompatibilis berendezések kellenek. Az ASML-nek, a chipgyártóknak és a gépbeszállítóknak közös formátumban kell megállapodniuk, majd igazolniuk kell, hogy a maszk minden gyártási és szállítási lépés után megfelel az EUV-litográfia tisztasági és pontossági követelményeinek.

Az ütemterv szerint 2031-re készülhet el a kísérleti gyártósor, a sorozatgyártásra alkalmas rendszerek pedig 2033-tól jelenhetnek meg. Ezek fejlesztési céldátumok: sem a kísérleti üzem megépítését, sem a teljes termelési lánc minősítését nem igazolják.

A chipgyártók addig sem várnak az új formátumra. A Samsung 2028-ra tervezi a High-NA bevezetését a fejlett memóriagyártásban, a TSMC ütemtervében pedig 2030-tól szerepel a High-NA-alapú gyártás. Az átállás első szakaszában ezért a jelenlegi maszkokat és a két kép összeillesztését alkalmazzák majd.

A hosszabb formátum a High-NA teljes mezőméretét állítaná helyre, és az arra alkalmas rétegeknél megszüntetné a második levilágítás szükségességét. A tervezett termelékenységnövekedéshez azonban az ASML-nek, a chipgyártóknak és a berendezések beszállítóinak ugyanazt a fizikai formátumot kell elfogadtatniuk és minősíteniük a teljes gyártási láncban.