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Halbleiterei Größere Masken sollen High-NA-EUV für große Chips öffnen

Von Susanne Braun 2 min Lesedauer

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ASML Netherlands B.V.

High-NA-EUV kann feinere Strukturen belichten, hat bislang aber einen Nachteil: Das nutzbare Belichtungsfeld ist kleiner als bei vielen EUV‑Systemen. ASML will gemeinsam mit Chipherstellern größere Masken entwickeln, sodass künftig auch Chips bis etwa 800 mm² mit High-NA gefertigt werden können.

Faszinierende Technologie: Die EUV-Maschine NXE3800E von ASML.(Bild: ASML)
Faszinierende Technologie: Die EUV-Maschine NXE3800E von ASML.
(Bild: ASML)

Mit High-NA-EUV soll die Halbleiterfertigung in den kommenden Jahren noch kleinere Strukturen auf Wafern ermöglichen. Allerdings bringt die höhere numerische Apertur der neuen Lithografiesysteme einen bislang wenig beachteten Nachteil mit sich: Das Belichtungsfeld ist kleiner als bei der aktuellen EUV‑Generation. Für besonders große Prozessoren und Beschleuniger kann das zum Problem werden.

ASML arbeitet deshalb mit mehreren großen Halbleiterherstellern an einer Lösung, wie das Unternehmen selbst bekannt gegeben hat. Das bedeutet, dass künftig größere Masken eingesetzt werden können, um mit High-NA-EUV auch Dies mit einer Fläche von bis zu rund 800 mm² zu fertigen. Das entspricht ungefähr der maximalen Chipgröße, die heutige EUV-Systeme in einem Belichtungsschritt abbilden können. ASML kollaboriert deswegen mit Intel, mit Samsung und mit TSMC. Das wurde Rahmen der SPIE Photomask Technology + Extreme Ultraviolet Lithography Conference bestätigt. Zu den Interessenten zählen laut Reuters unter anderem auch Nvidia und SK Hynix.

High-NA tauscht Auflösung gegen Belichtungsfläche

Die High-NA-Systeme von ASML arbeiten mit einer numerischen Apertur von 0,55 statt 0,33. Dadurch lassen sich feinere Strukturen direkt belichten und zusätzliche Mehrfachbelichtungsschritte vermeiden. ASML berichtet beispielsweise von Kunden, die bei bestimmten High-NA-Anwendungen drei EUV-Masken durch eine ersetzen und die Zahl einzelner Prozessschritte deutlich reduzieren können.

Die dafür verwendete anamorphotische Optik verkleinert das nutzbare Belichtungsfeld jedoch. Für große Dies bedeutet das bislang, dass sie nicht vollständig in das High-NA-Feld passen. Gerade bei großen Prozessoren und Beschleunigern wird diese Begrenzung relevant. Der Ansatz mit größeren Masken soll diese Lücke schließen. Nach Angaben von ASML könnte die Umstellung zugleich die Produktivität der High-NA-Systeme um rund 40 Prozent steigern. Eine Pilotanwendung ist für 2031 vorgesehen, die Technologie soll ab 2033 für die Volumenfertigung bereitstehen.

Größere Chips ohne Stitching

Für die weitere Verbreitung von High-NA ist die verfügbare Belichtungsfläche nicht nur eine Frage der maximalen Chipgröße. Eine Alternative wäre grundsätzlich, große Strukturen aus mehreren Belichtungsfeldern zusammenzusetzen. Solches Stitching erhöht jedoch die Anforderungen an Overlay und Prozesskontrolle an den Grenzen der Felder.

Größere Masken würden es ermöglichen, große Dies weiterhin als zusammenhängende Struktur zu belichten und gleichzeitig die höhere Auflösung von High-NA zu nutzen. Damit adressiert ASML eine technische Begrenzung, die gerade mit wachsenden Chipflächen und komplexeren High-End-Prozessoren zunehmend ins Gewicht fällt. Dass die Lösung erst für die kommende Dekade vorgesehen ist, zeigt zugleich, dass auch Optik, Masken, Resist, Metrologie und Prozessintegration schrittweise an die neue Lithografiegeneration angepasst werden müssen. (sb)

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