ASML y TSMC han puesto en marcha una iniciativa conjunta para llevar la industria desde las actuales fotomáscaras EUV de 6 pulgadas hacia nuevos formatos de 12 pulgadas, un cambio pensado específicamente para aprovechar mejor las futuras generaciones de litografía High NA EUV. El objetivo es aumentar productividad, reducir costes de fabricación y eliminar limitaciones asociadas a la unión de exposiciones.
El calendario será progresivo. TSMC prevé comenzar a utilizar High NA EUV en producción de gran volumen desde 2030 manteniendo inicialmente las máscaras actuales, mientras la nueva plataforma de 12 pulgadas tendrá una línea piloto en 2031. La intención es que los sistemas High NA adaptados al formato mayor puedan entrar en producción de nodos avanzados en 2033.
Las primeras generaciones High NA seguirán utilizando máscaras de 6 pulgadas
El anuncio no implica que las fotomáscaras actuales vayan a desaparecer cuando TSMC adopte High NA. La fundición taiwanesa comenzará trabajando con el formato estándar de 6 pulgadas utilizado actualmente por la industria, evitando introducir simultáneamente demasiados cambios dentro de un proceso ya de por sí complejo.
Será posteriormente cuando las máscaras de 12 pulgadas permitan explotar una parte mayor del potencial de High NA. El aumento de tamaño busca incrementar la productividad del escáner y proporcionar una superficie útil mayor para transferir los patrones, algo especialmente importante a medida que los diseños se hacen más grandes y complejos.
Conviene además no confundir estas dimensiones con las de las obleas. Estamos hablando de fotomáscaras que contienen el patrón utilizado durante la litografía, no de pasar desde obleas de 300 mm a otro formato. Las fábricas modernas seguirán trabajando con sus habituales obleas de 300 mm mientras cambia el elemento óptico empleado para imprimir los circuitos.
Las máscaras mayores atacan una limitación propia de High NA
High NA EUV aumenta la apertura numérica desde 0,33 hasta 0,55 NA para conseguir una resolución considerablemente mayor, permitiendo imprimir características más pequeñas con menos dependencia del multipatronado. Esa mejora óptica introduce, sin embargo, compromisos propios en el tamaño del campo que puede exponerse.
Cuando un diseño supera ese campo disponible puede ser necesario recurrir al denominado stitching, combinando dos exposiciones para formar correctamente un patrón de mayor tamaño. El proceso exige mantener una enorme precisión precisamente en la zona donde ambas partes deben unirse.
La transición a fotomáscaras mayores pretende eliminar o reducir esas restricciones de stitching, dando más libertad para fabricar chips avanzados de gran superficie. La ventaja puede adquirir especial importancia en procesadores para inteligencia artificial, donde los diseños tienden a integrar cantidades enormes de transistores, aceleradores y estructuras cada vez más complejas.
No se trata únicamente de conseguir chips físicamente mayores. Simplificar la exposición puede reducir tiempo de utilización de las máquinas, complejidad del proceso y determinados costes asociados a fabricar cada oblea, precisamente uno de los argumentos económicos que ASML y TSMC destacan para justificar una transformación de esta magnitud.
TSMC llevará High NA EUV a producción en 2030
La hoja de ruta proporciona además una fecha mucho más concreta sobre los planes de TSMC. La compañía pretende introducir la tecnología High NA de ASML en fabricación de gran volumen de nodos avanzados a partir de 2030, varios años después de que Intel haya empezado a utilizarla en capas seleccionadas de sus productos.
TSMC espera que el número de capas que necesiten High NA aumente conforme avance la reducción de nodos, en lugar de adoptar inmediatamente esta tecnología para todas las exposiciones. Es una transición lógica teniendo en cuenta tanto el enorme coste de los escáneres como la posibilidad de mantener EUV convencional allí donde siga siendo técnicamente suficiente.
La inteligencia artificial aparece como uno de los principales motores de este cambio. Los futuros aceleradores requerirán estructuras de transistores cada vez más sofisticadas junto con densidades muy elevadas, haciendo que algunas capas resulten progresivamente más difíciles de fabricar mediante las herramientas actuales.
High NA no sustituirá de golpe a la EUV convencional. Durante años coexistirán capas fabricadas mediante Low NA EUV con otras donde la resolución adicional de High NA justifique su mayor coste, permitiendo a las fábricas decidir qué tecnología ofrece el mejor equilibrio en cada etapa.
Una línea piloto de 12 pulgadas estará preparada en 2031
ASML y TSMC constituyeron formalmente la iniciativa el 7 de septiembre, antes de la conferencia anual SPIE BACUS celebrada en Monterey, California. No se plantea como un desarrollo exclusivo entre ambas compañías, sino como un proyecto que necesita involucrar a buena parte del ecosistema de semiconductores.
El primer objetivo industrial será establecer una línea piloto para fotomáscaras de 12 pulgadas en 2031. Esa instalación servirá para validar materiales, procesos, fabricación de máscaras, inspección, manipulación y el resto de infraestructura necesaria antes de introducirlas en fábricas comerciales.
Cambiar el tamaño de una fotomáscara parece sencillo sobre el papel, pero afecta a equipos de fabricación, sistemas de inspección, transporte, almacenamiento y componentes internos de los propios escáneres. Por eso ASML y TSMC necesitan que proveedores especializados participen desde años antes de la introducción comercial.
Ambas compañías aseguran haber recibido interés inicial de fabricantes de semiconductores, proveedores de máscaras y socios tecnológicos. Esa colaboración será fundamental: un nuevo estándar de tamaño tendría poca utilidad si únicamente una parte de la cadena puede fabricarlo o manipularlo.
Los sistemas de 12 pulgadas llegarían a nodos avanzados en 2033
Si la fase piloto avanza según lo previsto, el siguiente hito será tener preparados sistemas High NA compatibles con fotomáscaras de 12 pulgadas para producción avanzada en 2033. Entre el inicio de High NA en TSMC y ese momento existirán, por tanto, unos tres años utilizando principalmente el formato actual.
Ese intervalo permitirá separar dos riesgos tecnológicos. Primero se introducirá High NA con una infraestructura de máscaras ya conocida, y únicamente cuando esa plataforma esté más madura llegará el cambio de formato. Intentar realizar ambas transiciones simultáneamente elevaría considerablemente la complejidad de llevar nuevos nodos a producción.
Para ASML, las fotomáscaras mayores ofrecen además una vía para aumentar la productividad de futuras generaciones de sus escáneres EXE sin depender únicamente de incrementar potencia de la fuente, velocidad de las etapas o rendimiento óptico.
El movimiento muestra hasta qué punto la evolución de los nodos avanzados ya no depende únicamente de reducir la longitud de onda o mejorar la resolución. Máscaras, óptica, diseño de los chips y productividad fabril tendrán que evolucionar conjuntamente para que High NA pueda mantenerse económicamente viable cuando su utilización se extienda durante la próxima década.
Vía: TechPowerUp
