ASML разом із TSMC, Intel і Samsung розпочала підготовку до досить непомітної для звичайного користувача, але важливої для всієї напівпровідникової промисловості зміни. Компанії хочуть перейти від стандартних 6-дюймових фотошаблонів до нового збільшеного формату для літографії High-NA EUV.
Фотошаблон, або photomask, можна спрощено уявити як надзвичайно точний «трафарет», через який літографічна система переносить структуру майбутньої мікросхеми на кремнієву пластину. Формат близько 6 дюймів використовується галуззю вже десятиліттями.
ASML і TSMC оголосили про спільну ініціативу з переходу до 12-дюймових фотошаблонів. До неї також приєднується Samsung, тоді як Intel уже кілька років працює з ASML над аналогічним форматом 6×12 дюймів.
Проблему створила надточна High-NA EUV
Причиною змін стала нова генерація EUV-літографії — High Numerical Aperture, або High-NA EUV.
Системи ASML нового покоління використовують числову апертуру 0,55 замість 0,33 у нинішніх EUV-машинах. Завдяки цьому вони можуть формувати приблизно на 40% менші елементи, що дає можливість продовжувати зменшення транзисторів і створювати складніші процесори.
Але така точність має несподіваний недолік.
Через особливості оптичної системи High-NA площа, яку машина може експонувати за один прохід, менша, ніж у нинішніх EUV-сканерів. Для невеликих чипів це не є серйозною проблемою, але великі процесори для дата-центрів і прискорювачі ШІ можуть просто не поміщатися в одне поле.
Тоді виробникам доводиться розділяти конструкцію на частини та з’єднувати їх за допомогою так званого stitching — фактично кількох експозицій, які повинні надзвичайно точно збігтися.
Технологія працює, але ускладнює виробництво та знижує продуктивність дорогого обладнання.
Більша маска повинна прибрати необхідність «склеювання»
Перехід на збільшений фотошаблон дозволить High-NA EUV знову працювати з великими мікросхемами без необхідності розділяти їх на кілька експозицій.
За оцінкою ASML, це не лише усуне обмеження stitching, а й підвищить продуктивність фабрик і знизить собівартість передових чипів. Reuters повідомляє, що виграш у продуктивності потенційно може сягати близько 40%.
Це особливо важливо для великих прискорювачів, які використовуються Nvidia, Google та іншими компаніями для штучного інтелекту. Такі кристали часто наближаються до максимальної площі, яку взагалі можна виготовити за допомогою одного фотошаблону.
Тому парадоксально, але для виробництва дедалі менших транзисторів напівпровідниковій промисловості тепер потрібні більші маски.
Зміни відбудуться не завтра
Перехід потребуватиме перебудови значної частини виробничого ланцюжка.
Новий формат повинні підтримувати не лише літографічні машини ASML. Потрібні нове обладнання для виготовлення та перевірки фотошаблонів, контейнери, системи транспортування всередині фабрик, програмне забезпечення і цілий набір нових галузевих стандартів.
ASML і TSMC планують запустити пілотну лінію для великих фотошаблонів до 2031 року. Повна готовність літографічної екосистеми до масового виробництва очікується приблизно у 2033 році.
До цього High-NA EUV нікуди не зникне: перші покоління чипів продовжать виготовляти з нинішніми 6-дюймовими масками.
Intel уже активно використовує High-NA EUV і встановила першу комерційну систему ASML EXE ще у 2024 році. TSMC планує значно ширше застосовувати технологію ближче до 2030 року, а Samsung заявила про намір використовувати High-NA EUV у майбутньому виробництві DRAM.
Зміна розміру фотошаблонів може здаватися дрібницею на тлі переходів на нові техпроцеси. Насправді це фундаментальна перебудова одного з базових стандартів напівпровідникового виробництва. Якщо вона буде успішною, великі 12-дюймові маски можуть стати одним із ключових елементів фабрик, які випускатимуть найпотужніші процесори наступного десятиліття.
