De overgang naar grotere fotomaskers streeft ernaar om een restrictie van de extreem ultraviolette (EUV) lithografie met hoge numerieke apertuur (High-NA EUV) op te lossen: namelijk het benutten van de mogelijkheid om kleinere patronen te printen zonder de productiviteit te verminderen bij het fabriceren van grote chips. TSMC en ASML kondigden in september een industriebrede initiatief aan om dit formaat te ontwikkelen, met als doel over een pilotlijn te beschikken in 2031 en voorbereiding voor geavanceerde productie in 2033.
De kernpunten van High-NA EUV fotomaskers in 30 seconden
- TSMC en ASML werken aan de overgang van huidige 6-inch fotomaskers naar een groter formaat van 12 inch.
- Doel is de productiviteit te verhogen en de fabricagekosten van geavanceerde chips te verlagen.
- High-NA-optieken beperken het beschikbare belichtingsveld, waardoor patroonverbindingen via meerdere exposities nodig kunnen zijn.
- Het initiatief streeft naar een pilotlijn voor grotere fotomaskers in 2031 en bereidt systemen voor op geavanceerde productie in 2033.
- TSMC verwacht High-NA EUV-technologie begin 2030 op grote schaal te gebruiken, aanvankelijk met de huidige maskers.
De aankondiging van beide bedrijven markeert een nieuw hoofdstuk in de ontwikkeling van semiconductorlithografie. Hoewel High-NA EUV kleinere structuren mogelijk maakt, vereist het benutten van deze resolutie ook aanpassingen in andere elementen van het industriële proces. Fotomaskers, die de patronen bevatten die naar siliciumwafels worden overgebracht, zijn daar een van.
Het initiatief werd op 7 september 2026 gepresenteerd, voorafgaand aan de SPIE BACUS-conferentie gewijd aan fotomaskertechnologie. Volgens het geplande schema van de bedrijven moet de pilotlijn in 2031 operationeel zijn en wordt volledige voorbereiding voor geavanceerde lithografiesystemen voorzien in 2033. Deze data benadrukken ontwikkelmijlpalen en betekenen niet dat de technologie nu al klaar is voor commerciële productie.
Waarom High-NA EUV grotere fotomaskers vereist
EUV-lithografie, oftewel Extreme Ultraviolet lithografie, gebruikt extreem ultraviolet licht om patronen op een wafer over te brengen. De High-NA variant verhoogt de numerieke apertuur van de optiek, wat de resolutie verbetert en het mogelijk maakt om nog kleinere structuren te lezen.
Echter, deze vooruitgang brengt een beperking met zich mee: het te belichten gebied in één keer wordt kleiner. High-NA-systemen gebruiken anamorfische optieken, die de vergroting afhankelijk van de richting aanpassen. Bij de huidige fotomaskers verkleint dit het belichtingsveld in één dimensie met ongeveer de helft ten opzichte van conventionele EUV-formaten.
Het gevolg is dat sommige grote ontwerpen meerdere exposities kunnen vereisen en dat patroonverwerking daarna moet worden samengevoegd (stitching). Dit proces voegt complexiteit toe en kan de productiviteit beperken. Daarnaast is precieze positionering cruciaal om fouten in het uiteindelijke circuit te voorkomen.
Grotere fotomaskers moeten het belichtingsveld vergroten en de behoefte aan patroon-samensmelting beperken. Voor fabrikanten betekent dit mogelijk hogere doorvoer per apparaat en lagere kosten per chip, hoewel de daadwerkelijke voordelen afhankelijk blijven van ontwerpen, processen en industriële implementatie.
Het is belangrijk te benadrukken dat het formaat van 12 inch verwijst naar de geografische afmeting van de maskers zelf, niet naar de diameter van siliciumwafels. Geavanceerde chipsfabrieken gebruiken al 300 mm wafers, wat ongeveer 12 inch is, maar deze zijn verschillende componenten met verschillende functies.
Een ingrijpende verandering die hele productieketen moet aanpassen
Het overstappen naar grotere fotomaskers betekent niet alleen het fabriceren van een groter blad. De hele productieketen moet worden aangepast: productieprocessen voor maskers, inspectie- en reparatiesystemen, transport- en handlingmechanismen en de lithografiesystemen zelf moeten worden geoptimaliseerd voor het nieuwe formaat.
De huidige infrastructuur is decennia lang ontwikkeld rond 6-inch maskers. Een industriële overgang vereist daarom coördinatie tussen equipmentfabrikanten, maskerproducenten en chipontwerpers. De geplande mijlpalen tot 2031 en 2033 geven aan dat er nog veel werk te verzetten is voordat deze nieuwe oplossing op grote schaal kan worden ingezet.
TSMC en ASML zijn ervan overtuigd dat deze transitie de fabrieksefficiëntie zal vergroten, kosten zal verlagen en het volledige potentieel van High-NA EUV zal benutten. Ook andere fabrikanten en leveranciers tonen belangstelling, hoewel concrete lijstjes en verplichtingen nog ontbreken.
Dit initiatief sluit aan bij de voorbereidingen op nieuwe, complexere processoren voor kunstmatige intelligentie en andere veeleisende toepassingen. Naarmate transistoren en architecturen evolueren, zullen meer lagen lithografie met High-NA EUV vereisen. Dit onderstreept het belang van efficiënte belichting en hoge systeemprestaties.
TSMC houdt 2030 aan als doel voor High-NA EUV
Het schema voor grotere fotomaskers ligt later dan de planning van TSMC om High-NA EUV op grote schaal te gaan gebruiken. TSMC streeft ernaar om vanaf 2030 op geavanceerde nodes te starten met de technologie van ASML, aanvankelijk met de huidige 6-inch maskers.
Dit betekent dat de nieuwe maskerformaten niet essentieel zijn voor de eerste industriële toepassingen van High-NA EUV. Ze zijn bedoeld om de mogelijkheden van de technologie uit te breiden en de efficiëntie te verbeteren in een latere fase, als de groter formaat-systemen operationeel zijn.
Het verschil in timing is belangrijk: de start van productie met High-NA EUV in 2030 is het doel van TSMC, terwijl de pilotlijn voor grotere maskers in 2031 en de voorbereiding voor geavanceerde productie in 2033 nog verder gaan in de ontwikkelingslijn. Geen van deze data garandeert nu al de prestaties, kosten of productievolumes van de uiteindelijke technologie.
Voor ASML, de fabrikant van EUV-systemen, betekent dit project samenwerking met TSMC en andere leveranciers om een van de beperking op resolutie te overwinnen. Voor TSMC draait het om het verkrijgen van tools die het mogelijk maken om steeds complexere ontwerpen te produceren met een betere balans tussen productiviteit en kosten.
Het grote plaatje is dat deze ontwikkeling niet betekent dat 12-inch maskers onmiddellijk de huidige vervangt. Beide technologieën zullen de komende jaren naast elkaar blijven bestaan tijdens de ontwikkeling en validatie van de nieuwe infrastructuur. De uiteindelijke impact hangt af van de coördinatie tussen fabrikant, maskerspecialisten en chipproducenten.
Veelgestelde vragen
Wat zijn 12-inch fotomaskers?
Grotere maskers die patronen bevatten voor het overbrengen van circuits op siliciumwafels. De industrie onderzoekt hun gebruik om het gebruik van High-NA EUV lithografie te optimaliseren.
Waarom heeft High-NA EUV grotere maskers nodig?
De hoge numerieke apertuur van de optiek beperkt het belichtingsveld in één keer in één dimensie. Een grotere maskerformaat zou dat veld kunnen vergroten en de behoefte aan meerdere exposities voor bepaalde ontwerpen kunnen verminderen.
Wanneer zullen de nieuwe fotomaskers klaar zijn?
TSMC en ASML mikken op een pilotlijn in 2031. Systemen voor grotere formaten voor geavanceerde productie worden voorbereid voor 2033.
Wanneer begint TSMC met het gebruik van High-NA EUV?
TSMC voorziet begin 2030 te starten met High-NA EUV voor grote volumeproductie op geavanceerde nodes, aanvankelijk met de huidige 6-inch maskers.