Dlhšie masky ASML sľubujú 40 % zrýchlenie

Dnešná štandardná fotomaska je príliš krátka na to, aby skener High-NA dokázal na jeden raz exponovať celé bežné pole čipu. ASML a TSMC preto navrhujú dlhšiu masku, ktorá by pôvodnú veľkosť poľa obnovila. Ich spoločné oznámenie je však zatiaľ plánom vývoja, nie predstavením funkčného systému pripraveného na sériovú výrobu.

Jemnejšie detaily za cenu menšej plochy

Fotomaska je predloha, podľa ktorej vzniká každá vrstva čipu. Litografický skener premieta jej vzor na svetlocitlivú vrstvu kremíkového plátku. V ďalších výrobných krokoch sa potom tento obraz mení na elektrické obvody.

Technológia High-NA umožňuje skeneru rozlíšiť menšie prvky. Skratka NA označuje numerickú apertúru, teda rozsah uhlov, pod ktorými dokáže optická sústava prijímať svetlo. Funguje to podobne ako objektív mikroskopu, ktorý zachytáva svetlo z viacerých smerov: vďaka tomu od seba odlíši detaily, ktoré by sa inak zliali. Výskumné centrum Imec už jemnejšie zobrazovanie pomocou High-NA predviedlo.

Lepšie rozlíšenie však prináša geometrický kompromis. Bežná optika EUV zmenšuje vzor masky rovnako vo vodorovnom aj zvislom smere. Usporiadanie zrkadiel v systéme High-NA ho zmenšuje výraznejšie v smere pohybu skenera. Obraz vytvorený zo súčasnej masky preto na tejto osi pokrýva iba polovicu bežného expozičného poľa.

Ak vrstva čipu presahuje toto skrátené pole, výrobca ju musí rozdeliť medzi dve susedné expozície. Skener následne oba obrazy zarovná na spoji vo vnútri čipu. Tento postup, označovaný ako „in-die stitching“, teda spájanie expozícií v rámci jedného čipu, výskumníci zatiaľ experimentálne testujú.

Navrhovaná obdĺžniková maska pridáva priestor pre vzor práve v skrátenom smere. Po optickom zmenšení by jej dlhší obraz opäť vyplnil celé bežné pole. Pri vrstvách, ktoré dnes treba spájať, by tak mohla nahradiť dve expozície jedinou. Samotná zmena masky však nezväčší čip ani nezvýši počet čipov na jednom kremíkovom plátku.

Odkiaľ má prísť vyššia rýchlosť

Ak väčšia maska nahradí proces pozostávajúci z dvoch spájaných expozícií, ASML očakáva približne 40-percentné zvýšenie priepustnosti výroby. Po odstránení opakovanej expozície môže skener začať pracovať na ďalšom plátku skôr.

Údaj o 40 % je stále prognózou ASML, nie nezávisle nameraným výsledkom zo sériovej výroby. Platí iba pre vrstvy, ktoré by si inak vyžadovali spájanie. Návrhy, ktoré sa už zmestia do skráteného poľa, zo zmeny masky získajú len málo. Rýchlejšia expozícia navyše automaticky nezvyšuje výťažnosť výroby, teda podiel vyrobených čipov, ktoré fungujú.

Samotná technológia skenera je vo vývoji ďalej než nová maska. Imec už na experimentálnych vzoroch dokončil nanášanie kovových vrstiev aj elektrické skúšky, čím ukázal, že vybrané štruktúry prešli aj ďalšími výrobnými krokmi. Pri tlači sa overuje, či skener dokáže vzor rozlíšiť; následné testy ukazujú, či sa z neho dá vytvoriť funkčná elektrická štruktúra. V oznámení o veľkej maske sa porovnateľná skúška celého procesu nespomína.

Dlhšia platňa si vyžiada zmenu celého odvetvia

Maska môže na prvý pohľad pôsobiť iba ako väčší kus skla, jej nasadenie však vyžaduje prestavbu celého dodávateľského reťazca. Dodávatelia potrebujú kompatibilné zariadenia na výrobu, kontrolu, ochranu, prepravu a vkladanie masiek do skenera. ASML, výrobcovia čipov a dodávatelia zariadení sa zároveň musia dohodnúť na spoločnom formáte a preukázať, že pri každom presune zostane zachovaná čistota a presnosť potrebná pre litografiu EUV.

Podľa plánu má byť pilotná výrobná linka pripravená do roku 2031 a systémy by mohli vstúpiť do výroby od roku 2033. Ide o vývojové ciele. Pilotná linka ešte nestojí a výrobný reťazec neprešiel potrebným overením.

Výrobcovia čipov na nový formát čakať neplánujú. Samsung chce podľa svojho plánu nasadiť High-NA pri výrobe pokročilých pamätí v roku 2028, zatiaľ čo TSMC počíta s výrobou pomocou High-NA od roku 2030. Počas prvých rokov prechodu preto budú používať súčasné masky a spájať dve expozície.

Dlhší formát má technológii High-NA vrátiť celé expozičné pole a pri vhodných vrstvách odstrániť jeden spoj. Či sa z toho stane skutočné zvýšenie produktivity, bude závisieť od toho, či ASML, výrobcovia čipov a dodávatelia zariadení dokážu overiť rovnaký fyzický formát v celom výrobnom reťazci.