Dłuższe maski ASML przyspieszą produkcję o 40%

Standardowa fotomaska jest zbyt krótka, aby skaner High-NA naświetlił pełne, konwencjonalne pole układu w jednym przebiegu. ASML i TSMC proponują więc wydłużenie maski. Ich wspólny komunikat wyznacza jednak dopiero plan prac rozwojowych, a nie opisuje gotowego systemu produkcyjnego.

Większa precyzja za cenę mniejszego pola

Fotomaska jest wzorcem, według którego powstaje każda warstwa układu scalonego. Skaner litograficzny rzutuje zapisany na niej obraz na światłoczułą powłokę krzemowego wafla. Kolejne etapy produkcji przekształcają ten wzór w obwody elektroniczne.

Technologia High-NA pozwala rozróżniać mniejsze elementy. Skrót „NA” oznacza aperturę numeryczną, czyli miarę zakresu kątów, pod którymi układ optyczny może przyjmować światło. Mechanizm przypomina obiektyw mikroskopu zbierający światło z większej liczby kierunków: dodatkowe promienie pomagają rozdzielić szczegóły, które w przeciwnym razie zlałyby się ze sobą. Imec zademonstrował już uzyskiwanie drobniejszych wzorów przy użyciu High-NA.

Lepsza rozdzielczość ma jednak koszt geometryczny. Konwencjonalna optyka EUV pomniejsza wzór z maski w takim samym stopniu w obu kierunkach. Układ luster High-NA silniej pomniejsza go wzdłuż kierunku przesuwu skanera. Przy obecnym formacie maski obraz zajmuje zatem jedynie połowę standardowego pola na tej osi.

Warstwę układu wykraczającą poza tak skrócone pole trzeba podzielić między dwa sąsiadujące naświetlenia. Skaner musi następnie precyzyjnie połączyć obrazy wewnątrz struktury układu. Metodę tę, nazywaną „in-die stitching”, badacze sprawdzają obecnie eksperymentalnie.

Proponowana prostokątna fotomaska zapewnia więcej miejsca na wzór w kierunku, w którym optyka najmocniej go ściska. Po pomniejszeniu dłuższy obraz ponownie wypełniłby standardowe pole. W przypadku warstw spełniających odpowiednie warunki jedno naświetlenie mogłoby zastąpić dwa łączone przebiegi. Sama zmiana maski nie powiększy jednak układu ani nie zwiększy liczby chipów mieszczących się na waflu.

Skąd może się wziąć wzrost wydajności

Według prognozy ASML zastosowanie większej maski zamiast dwóch łączonych naświetleń może podnieść przepustowość o około 40%. Mechanizm jest prosty: pominięcie drugiego przebiegu pozwala skanerowi wcześniej rozpocząć pracę nad kolejnym waflem.

Wartość 40% pozostaje szacunkiem ASML, a nie wynikiem niezależnego pomiaru na linii produkcyjnej. Dotyczy wyłącznie warstw, które przy obecnym formacie wymagałyby łączenia obrazów. Projekty mieszczące się w skróconym polu niewiele na tej zmianie zyskają. Krótszy czas naświetlania nie oznacza też automatycznie wyższego uzysku, czyli większego odsetka sprawnych układów.

Sama technologia skanerów jest bardziej zaawansowana niż prace nad nową maską. Imec przeprowadził eksperymentalne struktury przez etap nanoszenia metalu i testy elektryczne. Wybrane wzory przetrwały więc dalszą obróbkę i nie pozostały jedynie obrazem wydrukowanym na światłoczułej warstwie. Test litograficzny pokazuje, czy skaner potrafi odwzorować strukturę; dopiero kolejne etapy dowodzą, że może ona stać się działającym elementem elektrycznym. W komunikacie dotyczącym dużej fotomaski nie przedstawiono porównywalnej demonstracji całego procesu.

Dłuższa płytka wymaga przebudowy całego ekosystemu

Fotomaska może wyglądać jak większy kawałek szkła, lecz jej wdrożenie wymaga dostosowania całego zaplecza przemysłowego. Dostawcy muszą przygotować kompatybilne urządzenia do wytwarzania, kontroli, zabezpieczania, transportowania i umieszczania masek w skanerach. ASML, producenci chipów oraz dostawcy sprzętu muszą przy tym uzgodnić wspólny standard i wykazać, że na każdym etapie zachowana zostanie czystość oraz precyzja wymagana w litografii EUV.

Plan zakłada gotowość linii pilotażowej do 2031 r. i stworzenie warunków do rozpoczęcia produkcji od 2033 r.. Są to cele rozwojowe. Nie dowodzą jeszcze, że linia pilotażowa powstała ani że zakwalifikowano cały łańcuch produkcyjny.

Producenci chipów nie zamierzają czekać na nowy format. Samsung zapowiedział wykorzystanie High-NA w produkcji zaawansowanych pamięci w 2028 r., natomiast plan TSMC przewiduje rozpoczęcie produkcji z użyciem tej technologii od 2030 r.. Pierwszy etap wdrażania oprze się zatem na dotychczasowych maskach i łączeniu sąsiednich naświetleń.

Dłuższy format ma przywrócić pełne pole obrazowania High-NA i usunąć konieczność wykonania dodatkowego przebiegu przy części warstw. O tym, czy przełoży się to na zapowiadany wzrost wydajności, przesądzi zdolność ASML, producentów półprzewodników i dostawców urządzeń do wdrożenia tego samego standardu w całym łańcuchu fabrycznym.