ASML совместно с TSMC, Intel и Samsung приступила к подготовке к изменению, которое может остаться незаметным для обычного пользователя, но имеет большое значение для всей полупроводниковой промышленности. Компании хотят перейти от стандартных 6-дюймовых фотошаблонов к новому увеличенному формату для литографии High-NA EUV.
Фотошаблон, или photomask, можно упрощенно представить как чрезвычайно точный «трафарет», через который литографическая система переносит структуру будущей микросхемы на кремниевую пластину. Формат около 6 дюймов используется в отрасли уже на протяжении десятилетий.
ASML и TSMC объявили о совместной инициативе по переходу на 12-дюймовые фотоматрицы. К ней также присоединяется Samsung, тогда как Intel уже несколько лет работает с ASML над аналогичным форматом 6×12 дюймов.
Проблема возникла из-за сверхточной EUV с высоким числом апертуры (High-NA)
Причиной изменений стало появление нового поколения EUV-литографии — High Numerical Aperture, или High-NA EUV.
Системы ASML нового поколения используют числовую апертуру 0,55 вместо 0,33 в нынешних EUV-машинах. Благодаря этому они могут формировать элементы примерно на 40 % меньше, что позволяет продолжать уменьшать размеры транзисторов и создавать более сложные процессоры.
Но у такой точности есть неожиданный недостаток.
Из-за особенностей оптической системы High-NA площадь, которую устройство может экспонировать за один проход, меньше, чем у современных EUV-сканеров. Для небольших чипов это не представляет серьёзной проблемы, но крупные процессоры для дата-центров и ускорители ИИ могут просто не помещаться в одно поле.
Тогда производителям приходится разделять конструкцию на части и соединять их с помощью так называемого «стичинга» — фактически нескольких экспозиций, которые должны чрезвычайно точно совпадать.
Технология работает, но усложняет производство и снижает производительность дорогостоящего оборудования.
Более крупная маска должна устранить необходимость «склеивания»
Переход на увеличенный фотошаблон позволит High-NA EUV вновь работать с крупными микросхемами без необходимости разделять их на несколько экспозиций.
По оценке ASML, это не только устранит ограничения, связанные со сшивкой, но и повысит производительность фабрик, а также снизит себестоимость передовых чипов. Reuters сообщает, что прирост производительности потенциально может составить около 40%.
Это особенно важно для крупных ускорителей, которые используются компаниями Nvidia, Google и другими в сфере искусственного интеллекта. Такие кристаллы часто достигают предельной площади, которую вообще можно изготовить с помощью одного фотошаблона.
Поэтому, как ни парадоксально, но для производства всё более миниатюрных транзисторов полупроводниковой промышленности теперь требуются более крупные маски.
Изменения произойдут не завтра
Этот переход потребует перестройки значительной части производственной цепочки.
Новый формат должны поддерживать не только литографические машины ASML. Требуется новое оборудование для изготовления и проверки фотошаблонов, контейнеры, системы транспортировки внутри заводов, программное обеспечение и целый набор новых отраслевых стандартов.
ASML и TSMC планируют запустить пилотную линию для крупноформатных фотошаблонов к 2031 году. Полная готовность литографической экосистемы к массовому производству ожидается примерно в 2033 году.
До этого EUV с высоким NA никуда не исчезнет: первые поколения чипов будут по-прежнему изготавливаться с использованием нынешних 6-дюймовых масок.
Intel уже активно использует High-NA EUV и установила первую коммерческую систему ASML EXE ещё в 2024 году. TSMC планирует значительно шире применять эту технологию ближе к 2030 году, а Samsung заявила о намерении использовать High-NA EUV в будущем производстве DRAM.
Изменение размера фотошаблонов может показаться мелочью на фоне перехода на новые технологические процессы. На самом деле это фундаментальная перестройка одного из базовых стандартов производства полупроводников. Если она окажется успешной, крупные 12-дюймовые маски могут стать одним из ключевых элементов фабрик, которые будут выпускать самые мощные процессоры следующего десятилетия.
