ASML z daljšimi maskami meri na 40% pospešek

Današnja standardna fotomaska je prekratka, da bi naprava High-NA običajno polno polje čipa osvetlila v enem prehodu. ASML in TSMC rešitev iščeta v daljši maski, vendar njuna skupna napoved za zdaj določa predvsem razvojni načrt, ne pa predstavlja delujočega sistema za serijsko proizvodnjo.

Natančnejši vzorec na manjši površini

Fotomaska je osnovna predloga za posamezno plast čipa. Litografska naprava njen vzorec projicira na svetlobno občutljivo prevleko silicijeve rezine, nadaljnji proizvodni postopki pa tako nastalo sliko pretvorijo v elektronska vezja.

Tehnologija High-NA izboljšuje sposobnost naprave, da loči izredno majhne strukture. Kratica NA označuje numerično aperturo, torej razpon kotov, pod katerimi lahko optični sistem sprejema svetlobo. Podobno kot mikroskopski objektiv, ki zbira svetlobo iz več smeri, širši razpon omogoča razločevanje podrobnosti, ki bi se sicer zabrisale. Raziskovalni center Imec je natančnejše izdelovanje vzorcev s tehnologijo High-NA že prikazal.

Večja ločljivost ima geometrijsko ceno. Običajna optika za litografijo z ekstremno ultravijolično svetlobo (EUV) vzorec z maske enakomerno pomanjša v obeh smereh. Razporeditev zrcal pri High-NA ga močneje pomanjša vzdolž smeri premikanja naprave, zato slika s sedanjo masko po tej osi pokrije le polovico običajnega polja.

Plast čipa, ki presega to krajše polje, morajo razdeliti med dve sosednji osvetlitvi. Naprava nato sliki poravna na notranjem stiku. Postopek, imenovan »in-die stitching« oziroma spajanje osvetlitev znotraj čipa, raziskovalci še preizkušajo v poskusnih razmerah.

Predlagana pravokotna maska zagotavlja več prostora za vzorec v smeri, v kateri ga optika stisne. Ko optični sistem daljšo sliko pomanjša, lahko ta znova zapolni običajno polje. Pri plasteh, za katere je tak postopek primeren, bi lahko dve spojeni osvetlitvi nadomestila ena. Sama sprememba ne bi povečala niti čipa niti števila čipov na posamezni silicijevi rezini.

Od kod bi lahko prišla večja hitrost

ASML ocenjuje, da bi večja maska ob zamenjavi postopka z dvema spojenima osvetlitvama lahko prinesla približno 40-odstotno povečanje proizvodne zmogljivosti. Če ponovna osvetlitev odpade, lahko naprava prej začne obdelovati naslednjo rezino.

Gre za napoved ASML, ne za neodvisno izmerjen rezultat v proizvodnji. Ocena velja za plasti, ki bi jih morali sicer sestaviti iz dveh osvetlitev; zasnove, ki že ustrezajo krajšemu polju, s spremembo maske ne bi pridobile veliko. Hitrejša osvetlitev tudi ne pomeni samodejno večjega proizvodnega izkoristka, torej višjega deleža pravilno delujočih čipov.

Razvoj naprave je dlje od razvoja nove maske. Imec je poskusne vzorce že obdelal z nanosom kovin in električnimi meritvami, s čimer je pokazal, da so izbrane strukture prestale tudi proizvodne korake po začetnem odtisu. Pri tiskanju vzorca preverjajo, ali ga naprava lahko dovolj natančno razloči, poznejši postopki pa pokažejo, ali ga je mogoče pretvoriti v delujočo električno strukturo. V napovedi o veliki maski ni primerljivega prikaza celotnega postopka.

Daljša plošča zahteva preobrazbo celotne panoge

Čeprav je maska na prvi pogled le večja steklena plošča, njen prehod v proizvodnjo zahteva prilagoditev celotne dobavne verige. Dobavitelji potrebujejo združljivo opremo za izdelavo, pregledovanje, zaščito, prevoz in vstavljanje maske. ASML, proizvajalci čipov in dobavitelji opreme se morajo dogovoriti o skupnem formatu ter dokazati, da se pri vsakem prenosu ohranita čistoča in natančnost, ki ju zahteva litografija EUV.

Razvojni načrt predvideva, da naj bi bila pilotna proizvodna linija pripravljena do leta 2031, sistemi pa bi lahko v proizvodnjo vstopili od leta 2033. To sta razvojna cilja, ne dokaz, da je pilotna linija že zgrajena ali da je proizvodna veriga prestala potrebna preverjanja.

Proizvajalci čipov na novi format ne nameravajo čakati. Samsung je predstavil načrt za uporabo High-NA pri naprednih pomnilnikih leta 2028, TSMC pa začetek proizvodnje s High-NA načrtuje od leta 2030. V začetnem obdobju prehoda bodo zato uporabljali sedanje maske in spajanje osvetlitev.

Daljši format naj bi tehnologiji High-NA povrnil polno osvetlitveno polje in pri ustreznih plasteh odpravil eno od dveh osvetlitev. Ali bo to res prineslo napovedano povečanje produktivnosti, bo odvisno od tega, ali bodo ASML, proizvajalci čipov in dobavitelji opreme isti fizični format uspešno uskladili in preverili v celotni proizvodni verigi.