Dünyanın en büyük çip üreticisi TSMC, ASML'nin EUV (Aşırı Mor Ötesi) litografi araçlarının verimliliğini artırmada kaydettiği dikkat çekici ilerlemeleriyle teknoloji dünyasında yankı uyandırıyor. Şirket, altı yıl içinde EUV tabanlı wafer üretimini 30 katına çıkarırken, aynı zamanda enerji tüketimini %24 oranında düşürmeyi başardı. Bu başarı, sistem düzeyindeki optimizasyonlar ve TSMC'nin kendi geliştirdiği pellicle teknolojisi sayesinde mümkün oldu.
EUV Teknolojisinde Lider TSMC
TSMC, ASML'nin EUV litografi araçlarını en yoğun kullanan şirket konumunda. Şirketin, hem donanım hem de ham madde tedarik zinciri konusunda rakipsiz bir konumu bulunuyor. EUV pellicle'leri (çip desenleri için kalıp görevi gören fotomaskı koruyan ince bir zar), TSMC için büyük önem taşıyor. Öyle ki, şirket kendi EUV pellicle'lerini üretmek amacıyla mevcut 200 mm fabrikalarından birini bu üretim hattına özel olarak uyarlamayı planlıyor. Bu özel pellicle'ler, ASML'nin kendi ürünlerinden daha üstün performans sergiliyor.
Üretim Kapasitesi ve Verimlilik Artışı
TSMC, 2019 yılında ilk kez EUV teknolojisini N7+ süreci için kullanmaya başladığında, küresel EUV litografi makinelerinin %42'sini kontrol ediyordu. 2020'de ASML'nin sevkiyatları hızlandırması ve N5 sürecini tanıtmasıyla TSMC, EUV makinelerinin pazar payının %50'sini ele geçirdi. Bu oran, 2024 ortasında %56'ya yükselerek 130 makineye ulaştı. Günümüzde TSMC'nin dünya genelinde yaklaşık 200 EUV makinesine sahip olduğu tahmin ediliyor.
EUV sistemlerinin sayısındaki on kat artışa rağmen, TSMC'nin işlediği wafer sayısının altı yıl içinde 30 kattan fazla artması, şirketin EUV tarayıcılarının verimliliğini artırma, durma sürelerini azaltma ve servis sürelerini kısaltma konusundaki üstün başarısını ortaya koyuyor. Bu da genel üretkenliği önemli ölçüde yükseltiyor.
Araç Verimliliğini Artırma Yöntemleri
TSMC, 2019'dan bu yana EUV başına günlük wafer çıktısını iki katına çıkardığını açıkladı. Bu başarı, litografi sürecinde kullanılan pozlama dozu ve fotodirenç malzemelerinde yapılan ince ayarlar sayesinde elde edildi. Şirket, pozlama tarafında, tarayıcıların pozlama alanındaki bekleme süresini azaltmak için 'dose-to-size' ve 'dose-to-clear' eşiklerini optimize etti. Bu optimizasyonlar, kritik boyut (CD) düzgünlüğünü korurken ve çizgi kenarı pürüzlülüğünü (LER) belirlenen spesifikasyonlar dahilinde tutarken daha hızlı desenleme sağlıyor.
Malzeme tarafında ise TSMC, yüksek hassasiyetli kimyasal olarak güçlendirilmiş dirençler (CAR'lar) ve 13.5 nm dalga boyunda emilimi artırabilecek metal-oksit dirençler (MOR'lar) gibi fotodirenç sistemlerini yükseltmiş olabilir. Bu malzemeler, çözünürlüğü düşürmeden daha düşük pozlama dozlarına olanak tanıyor.
Aynı zamanda TSMC, tahminleyici bakım modelleri uygulayarak, iş çizelgelemesini optimize ederek, araçlara önleyici bakım yaparak, titreşim kontrolünü iyileştirerek ve soğutma performansını artırarak tarayıcı kullanım verimliliğini de artırdı. Bu adımlar, plansız duruşları azaltarak ve günlük araç kullanılabilirliğini artırarak her EUV sisteminin daha fazla wafer işlemesini sağladı.
Özel Pellicle Teknolojisi
Pellicle teknolojisindeki ilerlemeler de önemli bir rol oynadı. Bu ince zarlar, EUV fotomasklarını (retikülleri) kirlenmeden korurken, dayanıklılık ve kusur sorunları nedeniyle uzun süredir bir darboğaz oluşturuyordu. TSMC'nin kendi geliştirdiği EUV pellicle'leri, dört kat daha uzun ömür, dört buçuk kat daha fazla wafer çıktısı ve kusurlarda %80 azalma gibi dramatik iyileştirmeler gösterdi. Bu, TSMC'nin malzeme, mekanik ve fab entegrasyonunu kapsayan bütünsel mühendislik yaklaşımını yansıtıyor.
Malzeme tarafında, TSMC ultra ince silikon bazlı zarlar veya optimize edilmiş EUV geçirgenliği, termal stabilite ve mekanik mukavemet sunan hibrit çok katmanlar gibi gelişmiş pellicle filmlerini benimsemiş olabilir. Bu malzemeler, EUV radyasyonuna dayanıklı, termal deformasyonu en aza indiren ve gaz salınımını azaltan özelliklere sahip.
Fotomask Geliştirmeleri
TSMC, fotomaskları koruyan pellicle'lerin yanı sıra fotomaskların kendisini de iyileştiriyor. Maske doğruluğunu ve kusur kontrolünü artırarak kusur yoğunluğunu azaltmayı, verimi yükseltmeyi ve nihayetinde üretimi artırmayı hedefliyor. Şirket, maske blank malzemelerini modifiye ederek, çoklu ışın yazıcılarının çözünürlüğünü artırarak ve maske üretim süreçlerini optimize ederek eğrisel özellikler için CD düzgünlüğünü, desen sadakatini ve bindirme hassasiyetini iyileştirdi.
Kusur kontrolü de önemli bir odak noktasıydı. TSMC, köprülenme ve desen çökmesi gibi kusurları azaltmak için pellicle denetimini, retikül temizliğini ve geliştirici durulama kimyasını güçlendirdi. Gelişmiş elektron ışını denetim teknikleri kullanarak, kusursuz arızalardan önce zardaki gözle görülmeyen kusurları ve bozulmaları tespit etti.
Düzlemsellik (Planarization)
2 nm ve altı işlem teknolojileri için kusur yoğunluğunu düşürme, verimi artırma ve performans değişkenliğini azaltma konusunda düzlemsellik de kritik bir rol oynuyor. TSMC, A16 ve A14 gibi üretim süreçleri için düzlemselliği iyileştirme üzerinde çalışıyor. EUV sistemlerinin son derece sığ bir odak derinliğine sahip olması nedeniyle, herhangi bir topografik varyasyon odak kaybına, CD değişkenliğine veya LER'ye neden olabilir. Düzensiz yüzeyler ayrıca direnç kalınlığında homojen olmayan bir duruma yol açarak doz emilimini ve aşındırma düzgünlüğünü etkiler.
Enerji Verimliliği
EUV tarayıcılarının yüksek enerji tüketimi biliniyor ve TSMC bu alanda da önemli ilerlemeler kaydetti. Şirket, 'yenilikçi enerji tasarrufu teknikleri' ile EUV araçlarının güç tüketimini %24 oranında azalttığını belirtiyor. TSMC'nin 2030 yılına kadar wafer başına enerji verimliliğini 1,5 kat artırma hedefi bulunuyor.
Güç tüketimindeki azalma, büyük olasılıkla hem donanım düzeyinde hem de sistem düzeyinde yapılan optimizasyonların bir kombinasyonu ile sağlandı. Örneğin, TSMC, enerjinin önemli bir kısmının kaybedildiği lazerden EUV'ye dönüşüm verimliliğini artırmış olabilir. Termal yönetim de kilit bir alan. Şirket, soğutma sistemlerini iyileştirerek, soğutucu akış hızlarını optimize ederek ve ısı değiştirici tasarımını geliştirerek yardımcı güç tüketimini düşürmüş olabilir.
TSMC'nin Konumu Güçleniyor
TSMC, EUV litografisini benimseyen ilk çip üreticisi olmasa da, şu anda sektördeki EUV araçlarının en büyük operatörü konumunda. Şirket, altı yıl içinde wafer verimliliğini iki katına çıkardı, tarayıcı güç tüketimini %24 azalttı ve pellicle performansında önemli kazanımlar elde etti. Bu ilerlemeleri desteklemek için TSMC, ASML'nin kendi ürünlerini geride bırakabilecek özel EUV pellicle'leri üretmek üzere bir 200 mm fabrikasını modernize etmeyi planlıyor. Bu çabalar, TSMC'nin malzemelerden araç optimizasyonuna kadar tüm EUV yığınını kontrol etme stratejisinin bir yansıması olarak görülüyor.
