ASML, Intel, Samsung и TSMC объединяют усилия для перехода индустрии на фотошаблоны размером 6×12 дюймов (реткли). Этот шаг имеет решающее значение для литографии High-NA EUV, поскольку увеличенный шаблон позволит печатать большие чипы за один проход, вместо необходимости сшивать меньшие дизайны, как пояснила ASML на этой неделе в пресс-релизе.
Подобное сотрудничество между производителями чипов не является чем-то совершенно новым, но встречается редко. Однако, когда они сталкиваются с общеотраслевой проблемой, они откладывают соперничество и объединяют усилия для продвижения индустрии вперед. Это происходило несколько раз за последние десятилетия: сначала с неудачным переходом на кремниевые пластины диаметром 450 мм, совместно финансируемым GlobalFoundries, IBM, Intel, Samsung, TSMC и штатом Нью-Йорк, затем с переходом на EUV, который возглавили Intel, TSMC и Samsung.
Литография High-NA EUV представляет собой значительный шаг вперед по сравнению с современными инструментами Low-NA EUV. С числовой апертурой 0,55 системы High-NA могут достигать разрешения 8 нм при однократной экспозиции, по сравнению с 13 нм для сканеров EUV с апертурой 0,33. Более высокое разрешение позволяет производителям чипов создавать более мелкие и плотные структуры за одну экспозицию, заменяя сложные схемы многократного экспонирования Low-NA EUV однократной экспозицией High-NA. Это может сократить количество фотошаблонов и этапов процесса, сократить время производственного цикла и потенциально улучшить точность рисунка и выход годных, особенно на критических слоях технологических процессов следующего поколения.
Однако это улучшение сопряжено со значительным компромиссом. Обычная EUV с апертурой 0,33 использует оптику со снижением 4X в обоих направлениях, что обеспечивает поле экспозиции 26×33 мм со стандартными фотошаблонами 6×6 дюймов. Напротив, High-NA EUV использует анаморфотную оптику 4X/8X, поэтому один и тот же фотошаблон может экспонировать только полуполе размером 26×16,5 мм, что едва ли является проблемой для клиентских дизайнов, размер которых едва превышает 429 мм². Однако большие кристалллы, которые помещаются в обычное поле EUV 26×33 мм, теперь должны быть нанесены с использованием двух экспозиций High-NA, сшитых вместе, или разделены на дизайн с несколькими чиплетами.
Сшивание является рабочим краткосрочным решением, которое используют все производители чипов, включая Intel, Samsung и TSMC, но оно имеет ряд недостатков. Во-первых, оно снижает производительность сканера ASML Twinscan EXE:5200B с 175 пластин в час для полуполевых экспозиций до примерно 125 пластин в час при использовании сшивания. Во-вторых, разработчики чипов должны учитывать границу сшивания, что означает дополнительные правила проектирования и ограниченную свободу планировки.
Наконец, две экспозиции должны быть выровнены с чрезвычайной точностью, чтобы элементы, пересекающие границу, правильно соединялись. Даже мельчайшие ошибки выравнивания могут исказить линии и переходные отверстия, или нарушить межсоединения, и, таким образом, потенциально создать дефекты и снизить выход годных. Такие потери выхода очень дороги в контексте больших ЦП и ГП, производимых с использованием систем Low-NA EUV. Если выход годных будет потерян на более дорогих инструментах High-NA EUV, затраты будут еще выше, что значительно снизит привлекательность использования этих сканеров.
Чтобы устранить необходимость в сшивании, индустрия изучает фотошаблоны большего ортогонального размера 6×12 дюймов для компенсации анаморфотной оптики. Удваивая размер реткла, соответствующий направлению снижения 8X в High-NA, эти фотошаблоны призваны восстановить традиционное полное поле экспозиции 26×33 мм и позволить наносить даже кристаллы размером с реткл без сшивания.
Однако фотошаблоны размером 6×6 дюймов являются отраслевым стандартом уже около трех десятилетий, начиная с 1990-х годов. Даже переход от DUV к EUV не изменил основные размеры фотошаблонов: EUV заменила трансмиссионные фотошаблоны на отражающие многослойные, но сохранила форм-фактор подложки 6×6 дюймов. В результате внедрение ретклов 6×12 дюймов потребует от индустрии изменения всей инфраструктуры производства фотошаблонов, обращения с ними и литографии, построенной вокруг существующего формата.
Поставщики заготовок для фотошаблонов, такие как AGC и Hoya, потребуют нового или модифицированного оборудования для производства более крупных подложек и нанесения однородных отражающих многослойных покрытий EUV на гораздо большей площади. Фотошаблонные мастерские потребуют новых или модифицированных записывающих и травильных установок для нанесения рисунка на более крупные фотошаблоны, а также систем инспекции и метрологии, способных к точной характеризации нового формата. Оборудование для очистки, пелликулы и устройства для их монтажа также потребуют модификаций.
Инфраструктура обращения с фотошаблонами также должна будет измениться. Поставщикам потребуются более крупные контейнеры для фотошаблонов, в то время как фабрикам и фотошаблонным мастерским потребуются совместимые системы хранения, транспортировки и автоматизированного обращения. В то же время им придется сохранить поддержку существующих фотошаблонов 6×6 дюймов, поскольку существующие и будущие сканеры Low-NA EUV и DUV будут продолжать использовать установленный формат.
Возможно, самые большие изменения потребуются от ASML. Ее сканеры High-NA EUV потребуют модификаций или перепроектирования для приема, зажима, перемещения и позиционирования значительно более крупных ретклов с чрезвычайной точностью, необходимой для литографии EUV.
Intel, Micron, Samsung, SK hynix, TSMC и другие производители чипов, планирующие внедрить High-NA EUV литографию, затем должны будут квалифицировать новые фотошаблоны, сканеры и другие инструменты для своих технологических процессов и убедиться, что возможность полнополевой экспозиции работает должным образом.
В результате внедрение фотошаблонов 6×12 дюймов потребует скоординированных усилий и значительных инвестиций со стороны производителей чипов, ASML, производителей фотошаблонов и многочисленных поставщиков оборудования и материалов.
Чтобы усложнить ситуацию, фотошаблоны 6×12 дюймов не заменят полностью существующий формат 6×6 дюймов, как отмечалось выше. Поэтому индустрии придется производить, инспектировать, транспортировать, хранить и обрабатывать два формата фотошаблонов параллельно, что добавит затрат и сложности к и без того дорогостоящему переходу.
Переход на ретклы 6×12 дюймов — это отраслевое усилие, в настоящее время поддерживаемое ASML, Intel, Samsung и TSMC. Это займет годы и произойдет значительно позже, чем High-NA EUV войдет в массовое производство с использованием современных фотошаблонов 6×6 дюймов, поскольку полупроводниковая промышленность предпочитает постепенно внедрять новые технологии.
Intel уже использует сканер(ы) High-NA EUV для отдельных слоев Intel 18A (нанесенных на Fab D1X) и поддерживает как планировку в пределах полуполя, так и сшивание; Samsung планирует внедрить High-NA EUV в массовое производство DRAM к 2028 году, а TSMC намеревается развернуть технологию для производства по передовым узлам, начиная с 2030 года. Все три компании планируют начать внедрение High-NA EUV с фотошаблонами 6×6 дюймов.
Intel, похоже, лидирует в гонке с ретклами 6×12 дюймов, поскольку компания три года работает над их созданием, но сроки внедрения новых фотошаблонов остаются для нее закрытой темой. Тем временем инициатива ASML-TSMC нацелена на пилотную линию фотошаблонов 6×12 дюймов к 2031 году, что должно предоставить литейному заводу платформу для разработки и квалификации нового формата фотошаблонов и связанной с ним производственной инфраструктуры. Конечная цель — полная готовность литографических систем к производству по передовым узлам к 2033 году.
Тем не менее, фотошаблоны 6×6 дюймов и 6×12 дюймов для нанесения рисунка High-NA EUV, вероятно, будут сосуществовать на рынке по крайней мере некоторое время, а не подвергаться резкому переходу. В конечном итоге квадратные ретклы 6×6 дюймов, которые позволяют сканерам High-NA EUV экспонировать поля размером до 26×16,5 мм (или 429 мм²), должны быть достаточны для подавляющего большинства клиентских процессоров, производимых в ближайшие годы. Более крупные фотошаблоны 6×12 дюймов будут важны в первую очередь для гораздо более крупных дизайнов, таких как высокопроизводительные ускорители ИИ, ЦП для центров обработки данных, DPU, высокопроизводительные ГП и FPGA, где возможность экспонировать полное поле 26×33 мм без сшивания становится значительно более ценной.
Всегда имейте в виду, что редакции могут придерживаться предвзятых взглядов в освещении новостей.
Автор – Anton Shilov
