ASML встановила новий рекорд щільності виробництва мікросхем методом EUV

На конференції imec ITF World 2024 компанія ASML оголосила про те, що встановила новий рекорд щільності виробництва мікросхем на своїй першій машині High-NA, перевершивши рекорд, встановлений лише два місяці тому. Колишній президент і технічний директор ASML Мартін ван ден Брінк (Martin van den Brink), який зараз працює в компанії як консультант, також запропонував компанії розробити інструмент для виробництва мікросхем Hyper-NA, щоб забезпечити подальше масштабування після верстата High-NA, і поділився потенційними дорожніми картами. Він виклав план зниження витрат на виробництво мікросхем EUV шляхом радикального збільшення швидкості майбутніх інструментів ASML до 400-500 пластин на годину (waphers per hour, wph), що більш ніж удвічі перевищує поточний максимум у 200 wph. Він також запропонував модульну уніфіковану конструкцію для майбутніх сімейств EUV-інструментів ASML.

Ван дер Брінк повідомив, що після додаткового налаштування ASML вже друкує лінії щільністю 8 нм на своїй машині High-NA EUV з траєкторним пошуком - рекорд щільності для машини, призначеної для виробничих умов. Це побило власний рекорд компанії, встановлений на початку квітня, коли вона оголосила про друк ліній щільністю 10 нм на машині High-NA, розташованій у спільній лабораторії з imec у штаб-квартирі ASML у Вельдховені, Нідерланди.

Для порівняння, стандартні EUV-машини ASML Low-NA можуть друкувати критичні розміри (CD - найменший елемент, який може бути надрукований) 13,5 нм, а новий EUV-інструмент High-NA EXE:5200 призначений для створення ще більш дрібних транзисторів шляхом друку 8-нм елементів. Таким чином, компанія ASML продемонструвала, що її машина може відповідати своїм основним специфікаціям.

«Сьогодні ми досягли такого прогресу, що можемо показати рекордні зображення аж до 8 нм з корекцією по всьому полю, а також з деяким рівнем накладення, - зазначив Ван дер Брінк, - Це, до речі, не ідеальні дані, але вони просто демонструють прогрес. Сьогодні ми впевнені в тому, що на тому етапі, на якому ми перебуваємо з High-NA, ми зможемо дійти до фінішної межі найближчим часом».

Цей рубіж є кульмінацією більш ніж 10 років досліджень і розробок і мільярдів євро інвестицій, але попереду ще багато роботи з оптимізації системи та підготовки технології до масового виробництва на великих чіпмейкерських підприємствах. Цю роботу вже ведуть у Нідерландах, а Intel, єдиний чіпмейкер, у якого, як відомо, вже є повністю зібрана система High-NA, йде по стопах ASML, вводячи в експлуатацію свою власну машину на заводі D1X в Орегоні. Спочатку Intel буде використовувати свою машину EXE:5200 High-NA в науково-дослідних цілях, а потім запустить її у виробництво для вузла 14A.

Ван дер Брінк також запропонував нову EUV-машину Hyper-NA, але остаточного рішення щодо неї ухвалено не було - схоже, ASML вивчає інтерес галузі, але тільки час покаже, чи буде це реалізовано.

Сьогоднішня стандартна EUV-машина використовує світло з довжиною хвилі 13,5 нм і числовою апертурою 0,33 (NA - показник здатності збирати і фокусувати світло). На відміну від цього, нові машини High-NA використовують світло тієї ж довжини хвилі, але з числовою апертурою 0,55, що дає змогу друкувати дрібніші деталі. Система Hyper-NA, запропонована Ван дер Брінком, використовуватиме ту саму довжину хвилі світла, але збільшить NA до 0,75, що дасть змогу друкувати ще дрібніші деталі. Ми не впевнені в пропонованому критичному розмірі, але наведений ASML графік транзисторів показує, що він перехоплюється на 16-нм кроці металу (вузли A3) і розширюється до 10-нм (вузли sub-A2).

Згідно з наведеною дорожньою картою, Hyper-NA може бути застосований для транзисторів 2DFET з одноразовим експонуванням, але незрозуміло, чи може використання High-NA з мультипатернінгом також створити такий тонкий крок.

Повідомляється, що така машина з'явиться не раніше ~2033 року. Сьогоднішні машини з High-NA вже коштують близько 400 млн дол. Hyper-NA буде дорожчим варіантом, оскільки знадобляться більші та досконаліші дзеркала та поліпшена система підсвічування.

Як і у випадку з попередниками, мета Hyper-NA - дати змогу друкувати дрібніші елементи за допомогою однієї експозиції, щоб уникнути використання методів мультипатернінгу (багаторазового експонування однієї й тієї самої області), які зазвичай збільшують час та етапи процесу виробництва мікросхем, а також підвищують ймовірність появи дефектів, що в сукупності призводить до збільшення вартості. Ван Дер Брінк зазначив, що подальша робота над резистами та вдосконаленими масками матиме ключове значення для підвищення роздільної здатності друкованих елементів. Для досягнення оптимальних результатів у Hyper-NA також буде використовуватися поліпшена система освітлення. ASML не повідомила подробиць, але логічно припустити, що покращений освітлювач працюватиме в парі з потужнішим джерелом світла, що допоможе збільшити дозу опромінення, щоб компенсувати вищі кути нахилу дзеркал, які використовуються для 0,75 NA, і підвищити пропускну здатність.

Ван дер Брінк також запропонував збільшити пропускну здатність майбутніх машин компанії з ~200 wph сьогодні до 400-500 wph у майбутньому. Це ще один важіль, який ASML може використовувати для зниження витрат, тим самим борючись з тенденцією зростання ціни за транзистор з кожним новим поколінням чіпів.

Щоб прискорити розробку і знизити витрати, ASML вже використовує наявні машини Twinscan NXE:3600 EUV з низьким рівнем NA як будівельний блок для нової машини з високим рівнем NA. Моделі ASML Low-NA мають модульну конструкцію, яка дає змогу компанії використовувати перевірені технології та модулі для своїх нових інструментів, і ASML додає нові модулі тільки там, де це необхідно.

З усім тим, є можливості для подальшої оптимізації. Ван дер Брінк вважає, що в найближче десятиліття при створенні нових інструментів компанія посилить використання філософії модульної конструкції. У пропонованій довгостроковій дорожній карті показано, що Low-NA, High-NA і Hyper-NA мають дедалі більш спільну модульну платформу зі спільними компонентами. Така конструкція - ще один важіль, за допомогою якого ASML може стримати витрати.

Схоже, що в індустрії мікросхем є солідний доробок для майбутнього розвитку внаслідок Gate-All-Around (GAA) і комплементарних польових транзисторів (CFET), створених за допомогою інструментів Low-NA і High-NA, але, окрім Hyper-NA, поки немає реального кандидата, який міг би стати потенційною основою для майбутніх поколінь технологій технологічних вузлів. Як завжди, ключовим фактором буде вартість, але компанія ASML, вочевидь, уже думає про те, як зробити цінове рівняння Hyper-NA більш привабливим для своїх клієнтів.

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI