ASML en TSMC willen grotere fotomaskers voor snellere chipproductie

Chipfabrikanten maken transistors steeds kleiner met behulp van EUV-lithografie: een techniek waarbij extreem ultraviolet licht het patroon van een chip via een fotomasker projecteert op een schijfje silicium, de wafer. Chipmachinebouwer ASML en chipmaker TSMC kondigden op 7 september een gezamenlijk initiatief aan om de industrie voor te bereiden op een nieuw, groter maskerformaat van 12 inch. Dat moet de nieuwste generatie lithografiemachines productiever maken en de productiekosten van geavanceerde chips verlagen.

Waarom een groter masker nodig is

De nieuwste ASML-machines werken met High-NA EUV, een techniek met een hogere numerieke apertuur waarmee nog kleinere en preciezere chippatronen mogelijk zijn. Vooralsnog gebruiken deze machines nog dezelfde 6 inch grote fotomaskers als oudere generaties apparatuur. Dat beperkt de winst die de nieuwe techniek oplevert: elke belichting dekt maar een beperkt oppervlak, waardoor fabrikanten voor complexe chipontwerpen meerdere belichtingen aan elkaar moeten 'plakken', ook wel stitching genoemd. Een fotomasker van 12 inch, ruim twee keer zo groot, moet dat probleem verkleinen. Met een groter masker kan een machine in één belichting meer chipoppervlak bewerken. Dat betekent minder belichtingen per wafer, minder kans op fouten bij het aan elkaar sluiten van patronen en dus een hogere productiviteit per machine.

Pilotlijn in 2031, productie vanaf 2033

Volgens de planning die ASML en TSMC nu naar buiten brengen, moet er in 2031 een proeflijn staan waarop 12 inch fotomaskers daadwerkelijk gemaakt en getest kunnen worden. Twee jaar later, in 2033, moeten de eerste 12 inch High-NA-lithografiesystemen in productie gaan voor de meest geavanceerde procesknooppunten. TSMC zegt al vanaf 2030 High-NA-machines in grootschalige productie te gebruiken, in eerste instantie nog met de huidige 6 inch maskers. Naarmate chipontwerpen complexer worden en meer lagen High-NA-belichting nodig hebben, moet de overstap naar het grotere formaat volgen.

Hele toeleveringsketen moet meedoen

De stap naar 12 inch maskers is niet alleen een kwestie van een groter stuk glas maken. Ook maskerproductie, inspectieapparatuur en tal van andere ondersteunende technologie in de toeleveringsketen moeten worden aangepast. Daarom presenteren ASML en TSMC het plan nadrukkelijk als een initiatief voor de hele sector, niet als een project van de twee bedrijven alleen. Andere grote leveranciers en partners in de sector hebben al interesse getoond om aan te haken.

ASML-topman Christophe Fouquet zegt dat de adoptie van High-NA EUV geleidelijk zal toenemen: eerst met de bestaande 6 inch maskers, later ondersteund door 12 inch maskers die meer productiviteit uit de scanners moeten halen. Volgens TSMC-topman C.C. Wei ontstaan de grootste doorbraken wanneer de sector gezamenlijk complexe problemen aanpakt. Hij verwacht dat de samenwerking drempels wegneemt en geavanceerde chiptechnologie op grotere schaal toegankelijk maakt. Voor de industrie is de inzet duidelijk: krachtigere en energiezuinigere chips blijven maken, zonder dat de kosten en complexiteit van productie ongecontroleerd oplopen.