شرکتهای ایاسامال (ASML)، اینتل (Intel)، سامسونگ (Samsung) و تیاسامسی (TSMC) برای پیشبرد گذار صنعت به ماسکهای نوری (رتیکلها) ۶ در ۱۲ اینچی با یکدیگر همکاری میکنند. همانطور که ایاسامال (ASML) در بیانیهای مطبوعاتی در این هفته توضیح داد، این تغییر برای لیتوگرافی High-NA EUV از اهمیت بالایی برخوردار است، زیرا استنسیل بزرگتر امکان چاپ تراشههای بزرگ را در یک مرحله فراهم میکند، بهطوریکه نیازی به چسباندن طرحهای کوچکتر به یکدیگر نخواهد بود.
این نوع همکاری میان تراشهسازان کاملاً بیسابقه نیست، اما نادر است. با این حال، هنگامی که آنها با چالشی در سطح صنعت مواجه میشوند، رقابت را کنار میگذارند و برای به جلو راندن صنعت با یکدیگر متحد میشوند. این اتفاق چندین بار در دهههای اخیر رخ داده است؛ ابتدا با گذار ناموفق به ویفرهای ۴۵۰ میلیمتری که بهطور مشترک توسط گلوبالفاندریز (GlobalFoundries)، آیبیام (IBM)، اینتل (Intel)، سامسونگ (Samsung)، تیاسامسی (TSMC) و ایالت نیویورک تأمین مالی شد و سپس با گذار EUV که توسط اینتل (Intel)، تیاسامسی (TSMC) و سامسونگ (Samsung) رهبری شد.
وضوح بالاتر با یک نکته ظریف همراه است
لیتوگرافی High-NA EUV گام رو به جلو بزرگی نسبت به ابزارهای امروزی Low-NA EUV است. سیستمهای High-NA با داشتن دیافراگم عددی ۰.۵۵ میتوانند به وضوح تکپرتو ۸ نانومتری دست پیدا کنند، در حالی که این رقم برای اسکنرهای ۰.۳۳ Low-NA EUV برابر با ۱۳ نانومتر است. وضوح بالاتر به تراشهسازان اجازه میدهد تا ویژگیهای کوچکتر و متراکمتر را در یک تکپرتو الگوبرداری کنند و طرحهای پیچیده چندپرتویی Low-NA EUV را با یک تکپرتو High-NA جایگزین کنند. این امر میتواند تعداد ماسکها و مراحل پردازش را کاهش دهد، زمان چرخههای تولید را کوتاهتر کند و بهویژه در لایههای حیاتی فناوریهای پردازشی نسل بعدی، به طور بالقوه وفاداری الگو و بازدهی را بهبود بخشد.
با این حال، این بهبود با یک معاملهپایاپای قابلتوجه همراه است. فناوری سنتی ۰.۳۳ Low-NA EUV از اپتیک کاهش ۴ برابری در هر دو جهت استفاده میکند که امکان یک میدان نوردهی ۲۶ در ۳۳ میلیمتری را با ماسکهای نوری استاندارد ۶ در ۶ اینچی فراهم میسازد. در مقابل، High-NA EUV از اپتیک آنامورفیک 4X/8X استفاده میکند، بنابراین همان ماسک فقط میتواند یک نیمهمیدان ۲۶ در ۱۶.۵ میلیمتری را نوردهی کند؛ مسئلهای که بهندرت برای طرحهای سمت کاربر که کمی بزرگتر از ۴۲۹ میلیمترمربع هستند، مشکلساز میشود. با این حال، قالبهای بزرگی که در یک میدان EUV سنتی ۲۶ در ۳۳ میلیمتری جای میگیرند، اکنون باید با استفاده از دو نوردهی High-NA که به یکدیگر دوخته شدهاند الگوبرداری شوند یا به یک طراحی چندتراشهای تقسیم گردند.
دوختن (Stitching) یک راهحل موقت قابلاجرا است که همه تراشهسازان از جمله اینتل (Intel)، سامسونگ (Samsung) و تیاسامسی (TSMC) از آن استفاده میکنند، اما معایب متعددی دارد. اولاً، توان عملیاتی اسکنر Twinscan EXE:5200B ساخت ایاسامال (ASML) را از حداکثر ۱۷۵ ویفر در ساعت برای نوردهیهای نیمهمیدان، به حدود ۱۲۵ ویفر در ساعت در هنگام استفاده از دوختن کاهش میدهد. ثانیاً، طراحان تراشه باید مرز دوختن را در نظر بگیرند، به این معنا که قوانین طراحی اضافی و آزادی برنامهریزی طبقه کاهش مییابد.
در نهایت، این دو نوردهی باید با دقت بسیار بالایی تراز شوند تا ویژگیهایی که از مرز عبور میکنند به درستی متصل شوند. حتی خطاهای کوچک تراز میتواند خطوط و مجراها را دچار تحریف کند یا اتصالها را به خطر بیندازد و در نتیجه بهطور بالقوه باعث نقص و کاهش بازدهی شود. چنین افت بازدهی در زمینه پردازندههای بزرگ و پردازندههای گرافیکی تولیدشده با استفاده از سیستمهای Low-NA EUV بسیار پرهزینه است. اگر بازدهی در ابزارهای گرانتر High-NA EUV از دست برود، هزینهها حتی بالاتر خواهد بود که این امر جذابیت استفاده از این اسکنرها را به شدت کاهش میدهد.
ماسکر نوری جدید مورد نیاز است
برای از بین بردن نیاز به دوختن، صنعت در حال بررسی ماسکهای نوری متعامد ۶ در ۱۲ اینچی بزرگتر برای جبران اپتیک آنامورفیک است. با دو برابر کردن بعد رتیکل مطابق با جهت کاهش 8X در فناوری High-NA, این ماسکها تنظیم شدهاند تا میدان نوردهی کامل سنتی ۲۶ در ۳۳ میلیمتری را بازگردانند و امکان الگوبرداری از قالبهای به اندازه رتیکل را بدون نیاز به دوختن فراهم کنند.
با این حال، ماسکهای نوری ۶ در ۶ اینچی از حدود سه دهه پیش و از دهه ۱۹۹۰ استاندارد صنعت بودهاند. حتی گذار از DUV به EUV ابعاد اصلی ماسک را تغییر نداد: EUV ماسکهای عبوری را با ماسکهای بازتابی چندلایه جایگزین کرد اما فرم فاکتور زیرلایه ۶ در ۶ اینچی را حفظ نمود. در نتیجه، پذیرش رتیکلهای ۶ در ۱۲ اینچی مستلزم آن است که صنعت کل زیرساخت ساخت ماسک، مدیریت ماسک و لیتوگرافی ساخته شده حول قالب موجود را تغییر دهد.
تأمینکنندگان بلنک ماسک مانند AGC و Hoya به تجهیزات جدید یا اصلاحشدهای برای تولید زیرلایههای بزرگتر و رسوب دادن چندلایههای بازتابی یکنواخت EUV در یک منطقه بسیار بزرگتر نیاز خواهند داشت. فروشگاههای ماسک به نویسندهها و ابزارهای اچینگ جدید یا اصلاحشده برای الگوبرداری از ماسکهای بزرگتر، و همچنین سیستمهای بازرسی و متدولوژی توانمند برای توصیف دقیق فرمت جدید نیاز خواهند داشت. تجهیزات تمیزکننده، پلیکلها و دستگاههای نصب پلیکل نیز به اصلاحاتی نیاز خواهند داشت.
زیرساخت مدیریت ماسک نیز باید تغییر کند. تأمینکنندگان به غلافهای ماسک بزرگتر نیاز خواهند داشت، در حالی که کارخانهها (فبها) و فروشگاههای ماسک به سیستمهای ذخیرهسازی، حملونقل و مدیریت خودکار سازگار نیاز خواهند داشت. در همان زمان، آنها باید پشتیبانی از ماسکهای موجود ۶ در ۶ اینچی را حفظ کنند زیرا اسکنرها و ابزارهای موجود و آینده Low-NA EUV و DUV به استفاده از فرمت تثبیتشده ادامه خواهند داد.
شاید بزرگترین تغییرات از سوی شرکت ایاسامال (ASML) مورد نیاز باشد. اسکنرهای High-NA EUV این شرکت به تغییرات یا طراحی مجدد نیاز خواهند داشت تا رتیکلهای بهطور قابلتوجهی بزرگتر را با دقت بسیار بالایی که برای لیتوگرافی EUV مورد نیاز است، بپذیرند، گیره کنند، حرکت دهند و در موقعیت قرار دهند.
شرکتهای اینتل (Intel)، مایکرون (Micron)، سامسونگ (Samsung)، اسکی هاینیکس (SK hynix)، تیاسامسی (TSMC) و سایر تراشهسازانی که قصد دارند لیتوگرافی High-NA EUV را بپذیرند، پس از آن باید ماسکهای جدید، اسکنرها و سایر ابزارها را برای جریانهای پردازشی خود واجد شرایط کنند و اطمینان حاصل کنند که قابلیت نوردهی تماممیدان همانطور که در نظر گرفته شده است کار میکند.
در نتیجه، پذیرش ماسکهای ۶ در ۱۲ اینچی مستلزم تلاشی هماهنگ و سرمایهگذاری قابلتوجه از سوی تراشهسازان، شرکت ایاسامال (ASML)، سازندگان ماسک و تجهیزات متعدد و تأمینکنندگان مواد خواهد بود.
برای پیچیدهتر کردن اوضاع، ماسکهای ۶ در ۱۲ اینچی به طور کامل جایگزین فرمت موجود ۶ در ۶ اینچی نخواهند شد، همانطور که در بالا ذکر شد. بنابراین صنعت باید دو فرمت ماسک را بهطور موازی تولید، بازرسی، حمل، ذخیره و مدیریت کند که این امر هزینه و پیچیدگی را به یک گذار از پیش گرانقیمت اضافه خواهد کرد.
تایملاین
گذار به رتیکلهای ۶ در ۱۲ اینچی تلاشی در سطح صنعت است که در حال حاضر توسط شرکتهای ایاسامال (ASML)، اینتل (Intel)، سامسونگ (Samsung) و تیاسامسی (TSMC) پشتیبانی میشود. این روند سالها طول خواهد کشید و مدتها پس از ورود High-NA EUV به تولید انبوه با ماسکهای نوری ۶ در ۶ اینچی امروزی رخ خواهد داد، زیرا صنعت نیمههادی ترجیح میدهد فناوریهای جدید را بهتدریج اتخاذ کند.
شرکت اینتل (Intel) در حال حاضر از اسکنر(های) High-NA EUV برای لایههای منتخب Intel 18A (الگوبرداری شده در فب D1X) استفاده میکند و هم از برنامهریزی طبقه در نیمهمیدان و هم از دوختن پشتیبانی میکند؛ سامسونگ قصد دارد لیتوگرافی High-NA EUV را تا سال ۲۰۲۸ وارد تولید انبوه حافظه DRAM کند و تیاسامسی (TSMC) قصد دارد این فناوری را برای تولید در گرههای پیشرفته از سال ۲۰۳۰ به کار بگیرد. هر سه شرکت قصد دارند پذیرش High-NA EUV را با ماسکهای ۶ در ۶ اینچی آغاز کنند.
به نظر میرسد اینتل با رتیکلهای ۶ در ۱۲ اینچی پیشتاز این رقابت باشد، زیرا سه سال است که برای تحقق آنها تلاش میکند، اما این شرکت در مورد زمان دقیق پذیرش ماسکهای نوری جدید سکوت اختیار کرده است. در همین حال، ابتکار مشترک ایاسامال و تیاسامسی خط پایلوت ماسک نوری ۶ در ۱۲ اینچی را تا سال ۲۰۳۱ هدف قرار داده است که باید پلتفرمی را برای این ریختهگری فراهم کند تا فرمت ماسک جدید و زیرساخت تولید مرتبط را توسعه داده و واجد شرایط سازد. هدف نهایی، آمادگی کامل سیستم لیتوگرافی برای تولید در گرههای پیشرفته تا سال ۲۰۳۳ است.
با این اوصاف، ماسکهای نوری ۶ در ۶ و ۶ در ۱۲ اینچی برای الگوبرداری با High-NA EUV احتمالاً حداقل برای مدتی به جای یک گذار ناگهانی، در بازار همزیستی خواهند داشت. در نهایت، رتیکلهای مربعی ۶ در ۶ اینچی که اسکنرهای High-NA EUV را قادر میسازند تا میدانهایی به بزرگی ۲۶ در ۱۶.۵ میلیمتر (یا ۴۲۹ میلیمترمربع) را نوردهی کنند، باید برای اکثریت قریب به اتفاق پردازندههای کلاینت تولید شده در سالهای آینده کافی باشند. ماسکهای بزرگتر ۶ در ۱۲ اینچی در درجه اول برای طرحهای بسیار بزرگتر، مانند شتابدهندههای پیشرفته هوش مصنوعی، پردازندههای مرکز داده، DPUها، پردازندههای گرافیکی رده بالا و FPGAها اهمیت خواهند داشت، جایی که توانایی نوردهی یک میدان کامل ۲۶ در ۳۳ میلیمتری بدون دوختن بهطور قابلتوجهی باارزشتر میشود.
منبع: tomshardware.com