Teknoloji dünyasının dev oyuncuları ASML, Intel, Samsung ve TSMC, 6x12 inç boyutlarındaki yeni nesil maske (reticle) kullanımına geçişi hızlandırmak için önemli bir iş birliğine imza attı. Bu dönüşüm, özellikle Yüksek Sayısal Açıklık (High-NA) EUV litografi teknolojisinin tam potansiyelini ortaya çıkarmak için kritik önem taşıyor. Yeni nesil maskeler, büyük çiplerin tek seferde basılmasına imkan tanıyarak, mevcut yöntemlerde olduğu gibi küçük tasarımların birleştirilmesi ihtiyacını ortadan kaldıracak.
Yarı iletken üreticilerinin bu denli geniş çaplı bir iş birliği yapması nadir görülse de, sektör genelindeki zorluklar karşısında rekabeti bir kenara bırakıp ortak hareket etmeleri geçmişte de örneğine rastlanan bir durum. Geçmişteki 450 mm'lik wafer'lara geçiş denemesi ve EUV teknolojisine geçiş süreçlerinde de benzer şekilde sektörün önde gelen firmaları bir araya gelmişti.
Daha Yüksek Çözünürlük ve Yeni Zorluklar
Yüksek Sayısal Açıklık (High-NA) EUV litografi, günümüzdeki Düşük Sayısal Açıklık (Low-NA) EUV araçlarına göre önemli bir ilerleme anlamına geliyor. 0.55'lik sayısal açıklık değeri sayesinde High-NA sistemleri, 0.33'lük sayısal açıklığa sahip EUV tarayıcılarının 13 nanometrelik çözünürlüğüne kıyasla 8 nanometre tek pozlama çözünürlüğü elde edebiliyor. Bu yüksek çözünürlük, çip üreticilerinin tek bir pozlamada daha küçük ve daha yoğun özellikler basmasına olanak tanıyarak, karmaşık Low-NA EUV çoklu desenleme şemalarını tek bir High-NA pozlamayla değiştirebiliyor. Bu durum, maske ve işlem adımlarını azaltabilir, üretim döngüsü sürelerini kısaltabilir ve özellikle yeni nesil işlem teknolojilerinin kritik katmanlarında desen sadakatini ve verimi artırabilir.
Ancak bu gelişme, önemli bir ödünle birlikte geliyor. Geleneksel 0.33-NA EUV, her iki yönde de 4 kat küçültme optiklerini kullanıyor ve bu da standart 6x6 inçlik maskelerle 26x33 mm'lik bir pozlama alanı sağlıyor. Buna karşılık, High-NA EUV, 4x/8x anamorfik optikler kullanıyor. Bu nedenle aynı maske yalnızca 26x16.5 mm'lik bir yarı alan pozlayabiliyor. Bu durum, 429 mm²'den büyük olmayan müşteri odaklı tasarımlar için pek sorun teşkil etmese de, geleneksel 26x33 mm'lik EUV alanına sığan büyük çiplerin artık iki High-NA pozlaması birleştirilerek veya çoklu çiplet (multi-chiplet) tasarımıyla bölünerek basılması gerekiyor.
Birleştirme (stitching), Intel, Samsung ve TSMC dahil olmak üzere tüm çip üreticilerinin kullandığı uygulanabilir bir kısa vadeli çözüm olsa da, beraberinde birçok dezavantaj getiriyor. İlk olarak, birleştirme işlemi, ASML'nin Twinscan EXE:5200B tarayıcısının verimliliğini, yarı alan pozlamaları için saatte 175 wafer'dan, birleştirme kullanıldığında saatte yaklaşık 125 wafer'a düşürüyor. İkinci olarak, çip tasarımcılarının birleştirme sınırını hesaba katması gerekiyor, bu da ek tasarım kuralları ve daha az planlama özgürlüğü anlamına geliyor.
Son olarak, iki pozlamanın aşırı hassasiyetle hizalanması gerekiyor, böylece sınır boyunca uzanan özellikler doğru şekilde birleşiyor. En ufak hizalama hataları bile çizgileri ve vias'ları bozabilir veya ara bağlantıları tehlikeye atabilir, dolayısıyla kusurlara yol açabilir ve verimi düşürebilir. Bu tür verim kayıpları, Düşük Sayısal Açıklık EUV sistemleriyle üretilen büyük CPU'lar ve GPU'lar bağlamında oldukça maliyetlidir. Daha pahalı olan High-NA EUV araçlarında verim kaybı yaşanırsa, maliyetler daha da artacaktır, bu da bu tarayıcıları kullanmanın cazibesini büyük ölçüde azaltır.
Yeni Maskelere İhtiyaç Var
Birleştirme ihtiyacını ortadan kaldırmak için sektör, anamorfik optikleri dengelemek amacıyla daha büyük, dik açılı 6x12 inçlik maskeleri araştırıyor. High-NA'nın 8 kat küçültme yönüne karşılık gelen retikül boyutunu iki katına çıkararak, bu maskeler geleneksel 26x33 mm tam pozlama alanını geri kazandıracak ve hatta retikül boyutundaki çiplerin birleştirme gerektirmeden basılmasına olanak tanıyacak.
Ancak 6x6 inçlik maskeler, 1990'lardan bu yana yaklaşık otuz yıldır sektör standardı haline gelmiş durumda. Hatta DUV'den EUV'ye geçiş bile temel maske boyutlarını değiştirmedi: EUV, geçirgen maskelerin yerine yansıtıcı çok katmanlı maskeleri getirdi ancak 6x6 inçlik altlık form faktörünü korudu. Sonuç olarak, 6x12 inçlik retikülleri benimsemek, sektörün mevcut formata göre inşa edilmiş tüm maske üretimi, maske taşıma ve litografi altyapısını değiştirmesini gerektirecek.
AGC ve Hoya gibi maske altlığı tedarikçilerinin, daha büyük altlıklar üretmek ve çok daha geniş bir alana homojen yansıtıcı EUV çok katmanları depolamak için yeni veya modifiye edilmiş ekipmanlara ihtiyacı olacak. Maske atölyelerinin, daha büyük maskeleri işlemek için yeni veya modifiye edilmiş yazıcılar ve aşındırma araçlarının yanı sıra yeni formatın hassas karakterizasyonunu yapabilen inceleme ve ölçüm sistemlerine ihtiyacı olacak. Temizleme ekipmanları, pellicle'lar ve pellicle montaj cihazlarının da modifiye edilmesi gerekecek.
Maske taşıma altyapısının da değişmesi gerekecek. Tedarikçilerin daha büyük maske kapsüllerine, fabrikaların ve maske atölyelerinin ise uyumlu depolama, taşıma ve otomatik işleme sistemlerine ihtiyacı olacak. Aynı zamanda, mevcut ve gelecekteki Düşük Sayısal Açıklık EUV ve DUV tarayıcıları yerleşik formatı kullanmaya devam edeceği için, mevcut 6x6 inçlik maskeler için de desteği sürdürmek zorunda kalacaklar.
Belki de en büyük değişiklikler ASML'den beklenecek. High-NA EUV tarayıcılarının, çok daha büyük retikülleri kabul etmek, sabitlemek, taşımak ve EUV litografi için gereken aşırı hassasiyetle konumlandırmak için modifikasyonlara veya yeniden tasarıma ihtiyacı olacak.
Intel, Micron, Samsung, SK hynix, TSMC ve High-NA EUV litografiyi benimsemeyi planlayan diğer çip üreticilerinin daha sonra yeni maskeleri, tarayıcıları ve diğer araçları işlem akışları için nitelendirmeleri ve tam alan pozlama yeteneğinin amaçlandığı gibi çalıştığını doğrulamaları gerekecek.
Sonuç olarak, 6x12 inçlik maskelerin benimsenmesi, çip üreticileri, ASML, maske üreticileri ve çok sayıda ekipman ve malzeme tedarikçisinden koordine bir çaba ve önemli yatırımlar gerektirecektir.
İşleri daha da karmaşık hale getiren, yukarıda belirtildiği gibi, 6x12 inçlik maskeler mevcut 6x6 inçlik formatı tamamen değiştirmeyecek. Sektör bu nedenle iki maske formatını paralel olarak üretmek, incelemek, taşımak, depolamak ve işlemek zorunda kalacak, bu da zaten maliyetli olan bir geçişe ek maliyet ve karmaşıklık katacaktır.
Zaman Çizelgesi
6x12 inçlik retiküllere geçiş, şu anda ASML, Intel, Samsung ve TSMC tarafından desteklenen bir sektör çabasıdır. Bu süreç yıllar sürecek ve Yüksek Sayısal Açıklık EUV'nin mevcut 6x6 inçlik maskelerle yüksek hacimli üretime girmesinden çok sonra gerçekleşecek, zira yarı iletken endüstrisi yeni teknolojileri kademeli olarak benimsemeyi tercih ediyor.
Intel, seçili Intel 18A katmanları için (Fab D1X'te basılan) Yüksek Sayısal Açıklık EUV tarayıcısı/tarayıcıları kullanıyor ve hem yarı alan içindeki planlama hem de birleştirme işlemlerini destekliyor. Samsung, 2028 yılına kadar Yüksek Sayısal Açıklık EUV'yi DRAM yüksek hacimli üretimine dahil etmeyi planlıyor ve TSMC, teknolojiyi 2030'dan itibaren ileri düzey düğüm üretiminde kullanmayı hedefliyor. Tüm bu şirketler, Yüksek Sayısal Açıklık EUV benimsenmesine 6x6 inçlik maskelerle başlayacak.
Intel, 6x12 inçlik retiküller konusunda lider görünüyor; zira bu maskelerin hayata geçirilmesi için üç yıldır çalışıyor, ancak şirket yeni maskelerin benimsenme zamanlaması konusunda ketum davranıyor. Bu arada, ASML-TSMC girişimi, 2031 yılına kadar bir 6x12 inçlik maske pilot hattını hedefliyor, bu da dökümhaneye yeni maske formatını ve ilgili üretim altyapısını geliştirme ve nitelendirme için bir platform sağlayacak. Nihai hedef, 2033 yılına kadar ileri düzey düğüm üretimi için tam litografi sistemi hazırlığı.
Bununla birlikte, Yüksek Sayısal Açıklık EUV desenlemesi için 6x6 inçlik ve 6x12 inçlik maskeler, ani bir geçiş yerine en azından bir süre piyasada birlikte var olacak. Günün sonunda, Yüksek Sayısal Açıklık EUV tarayıcılarının 26x16.5 mm'ye (veya 429 mm²'ye) kadar alanları pozlamasına olanak tanıyan kare 6x6 inçlik retiküller, önümüzdeki yıllarda üretilecek müşteri işlemcilerinin büyük çoğunluğu için yeterli olacaktır. Daha büyük olan 6x12 inçlik maskeler, öncelikle yüksek performanslı AI hızlandırıcılar, veri merkezi CPU'ları, DPU'lar, üst düzey GPU'lar ve FPGA'lar gibi çok daha büyük tasarımlar için önem taşıyacak; bu alanlarda birleştirme olmadan tam bir 26x33 mm alan pozlama yeteneği çok daha değerli hale gelecektir.
