ASML garākā maska sola 40 % jaudas kāpumu

Mūsdienu standarta fotomaska ir par īsu, lai augstas skaitliskās apertūras jeb High-NA skeneris vienā ekspozīcijā pārnestu ierasto pilna izmēra mikroshēmas lauku. ASML un TSMC piedāvā garenāku masku, kas ļautu atgūt šo laukumu. Tomēr uzņēmumu kopīgais paziņojums izklāsta izstrādes plānu, nevis jau strādājošu ražošanas sistēmu.

Smalkākas detaļas, bet mazāks laukums

Fotomaska ir mikroshēmas slāņa pamata šablons. Litogrāfijas skeneris tās rakstu projicē uz gaismjutīga pārklājuma silīcija plāksnē, un turpmākajos ražošanas posmos šis attēls tiek pārvērsts elektriskajā shēmā.

High-NA tehnoloģija ļauj skenerim izšķirt sīkākas struktūras. Saīsinājums „NA” apzīmē skaitlisko apertūru — optiskās sistēmas spēju uztvert gaismu noteiktā leņķu diapazonā. To var salīdzināt ar mikroskopa objektīvu, kas savāc gaismu no vairākiem virzieniem: papildu leņķi palīdz nošķirt detaļas, kuras citādi saplūstu. Pētniecības centrs „Imec” ir demonstrējis smalkāku struktūru izgatavošanu ar High-NA.

Ieguvumam ir ģeometriska cena. Parastā ekstrēmā ultravioletā starojuma jeb EUV optika maskas attēlu vienādi samazina gan horizontāli, gan vertikāli. High-NA spoguļu izkārtojums attēlu skenēšanas virzienā samazina vairāk. Tādēļ ar pašreizējo masku attēls šajā asī aizņem tikai pusi no ierastā ekspozīcijas lauka.

Ja mikroshēmas slānis šajā īsākajā laukā neietilpst, tas jāsadala starp divām blakus esošām ekspozīcijām. Pēc tam skenerim abi attēli precīzi jāsavieno mikroshēmas iekšienē. Šo paņēmienu dēvē par „in-die stitching”, un pētnieki to pašlaik izmēģina eksperimentāli.

Piedāvātā taisnstūrveida maska nodrošinātu vairāk vietas rakstam tajā virzienā, kurā optika attēlu saspiež. Pēc samazināšanas garākais attēls atkal varētu aizpildīt ierasto ekspozīcijas lauku. Piemērotos mikroshēmas slāņos divas savienojamas ekspozīcijas varētu aizstāt ar vienu. Pati maska nepalielinātu mikroshēmu un neļautu uz vienas silīcija plāksnes izvietot vairāk mikroshēmu.

Kā varētu rasties ražīguma pieaugums

ASML lēš, ka lielākas maskas izmantošana savienotu ekspozīciju vietā varētu palielināt ražīgumu aptuveni par 40 %. Mehānisms ir vienkāršs: ja atkārtota ekspozīcija vairs nav vajadzīga, skeneris var ātrāk sākt apstrādāt nākamo silīcija plāksni.

Tomēr 40 % ir ASML prognoze, nevis neatkarīgi izmērīts rezultāts ražošanā. Tā attiecas uz slāņiem, kuri citādi būtu jāsadala starp vairākām ekspozīcijām. Konstrukcijām, kas jau ietilpst īsākajā laukā, maskas maiņa dotu maz. Ātrāka ekspozīcija arī automātiski nepalielina derīgo mikroshēmu iznākumu, proti, saražoto mikroshēmu daļu, kas darbojas.

Skeneru tehnoloģijas izstrāde ir pavirzījusies tālāk par jaunās maskas izstrādi. „Imec” eksperimentālos rakstus pakļāvis metāla uzklāšanai un elektriskajām pārbaudēm, apliecinot, ka atsevišķas struktūras saglabājušās arī turpmākajos ražošanas posmos. Drukāšanas pārbaudē noskaidro, vai skeneris spēj izšķirt rakstu; vēlākie posmi rāda, vai no tā iespējams izveidot funkcionējošu elektrisku struktūru. Paziņojumā par lielāko masku nav ziņu par līdzvērtīgu visa procesa demonstrējumu.

Garenākai maskai jāpielāgo visa nozare

Maska var šķist tikai lielāks stikla gabals, taču tās ieviešanai jāpārveido visa piegādes un ražošanas ķēde. Piegādātājiem vajadzīgas saderīgas iekārtas masku izgatavošanai, pārbaudei, aizsardzībai, pārvadāšanai un ievietošanai skenerī. ASML, mikroshēmu ražotājiem un iekārtu piegādātājiem jāvienojas par kopīgu formātu un jāpierāda, ka katrā procesa posmā iespējams saglabāt EUV litogrāfijai vajadzīgo tīrību un precizitāti.

Izstrādes plāns paredz panākt izmēģinājuma ražošanas līnijas gatavību līdz 2031. gadam, lai sistēmas varētu sākt izmantot ražošanā no 2033. gada. Tie ir izstrādes mērķi, nevis apliecinājums, ka izmēģinājuma līnija jau uzbūvēta vai ražošanas ķēde pārbaudīta un apstiprināta.

Mikroshēmu ražotāji jaunā formāta ieviešanu negaidīs. „Samsung” paredzējis 2028. gadā izmantot High-NA modernu atmiņas mikroshēmu ražošanā, savukārt TSMC plānā High-NA ražošanas sākums paredzēts no 2030. gada. Pārejas sākumposmā nozarei jāizmanto pašreizējās maskas un vairāku ekspozīciju savienošana.

Garenākā maska paredzēta, lai High-NA skenerī atjaunotu pilnu ekspozīcijas lauku un piemērotos slāņos atteiktos no attēlu savienošanas. Lai tas dotu reālu ražīguma pieaugumu, ASML, mikroshēmu ražotājiem un iekārtu piegādātājiem viens fiziskais formāts vēl jāpārbauda un jāapstiprina visā rūpnīcas procesa ķēdē.